Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Опираясь на положительные результаты, полученные в работе по нанесению методом коаксиального лазерного плавления, другими словами — методом прямого лазерного нанесения, порошка из сплава In625 единичных дорожек на поверхность толстостенной медной подложки [1], были продолжены исследования особенностей наплавки слоев никелевого сплава на бронзовый субстрат толщиной 1,5 мм из БрХ0,8, предварительно нанесенный на стальную подложку. На базе уже успешно определенных режимов была построена новая сетка экспериментов с целью создания многослойной биметаллической композиции.
Стоит отметить, что единичные треки и слои никелевого сплава наносились на выращенный слой бронзы с целью установления возможности исключения промежуточной технологической операции механической обработки поверхности заготовки сопловой части жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), полученной методом аддитивного производства, перед нанесением при выращивание никелевых дорожек производилось не просто на медную подложку, а на также наплавленные прямым лазерным нанесением медные валики.
Целью исследования было получение биметаллической композиции с минимальной толщиной переходного слоя, так как конечное изделие — сопловая часть ЖРД — является тонкостенным. Плюсы создания функционально-градиентных конструкций, о которых говорилось в работе [2], в данном случае являются незначительными по сравнению с возникающими негативными факторами: увеличенная зона переплавления, а следовательно, увеличенное поро- и трещинообразование, анизотропия свойств многокомпонентного материала.
В ходе опытов варьировались такие параметры, как: мощность (Р0=600 Вт; Pmax=1050 Вт; шаг 150 Вт), скорость обработки (V0=400 мм/мин; Vmax=1000 мм/мин; шаг 200 мм/мин), расход порошка (q0=8 г/мин; qmax=14 г/мин; шаг 2 г/мин). Диаметр пятна Dп=3 мм оставался неизменным. На основании изучения под микроскопом Olympus GX3 формы наплавленных валиков и зоны переплавления, которая и представляет наибольший интерес, были отобраны 5 образцов с наилучшими внешними характеристиками. Все 5 валиков имеют хорошее сцепление с подложкой из БрХ0,8 за счет глубокого (до 200 мкм) проникновения никелевого порошка в медь.
Отдельно стоит выделить образец № 4, полученный при Р=900 Вт; V=600 мм/мин; q=10 г/мин, у которого наиболее четко и ярко выражена медно-никелевая переходная зона. Это свидетельствует о проникновении частиц меди в никелевую область и наоборот, а соответственно – о наличии адгезии между разнородными материалами. Переходный слой образца № 4 имеет минимальный уровень дефектности в сравнении с другими образцами, где было обнаружено значительное трещино- и порообразование, что говорит о получении качественной общей литой зоны.
Микроструктура In625 — типичная ячеистая и местами ячеисто-дендритная. Отчетливо видны никелевые кластеры (сонаправленные дендритные участки), образованные в виду больших скоростей охлаждения металла на медной подложке, что нехарактерно для материала, который обладает низким коэффициентом теплопроводности. Обычно направления роста структур сохраняются только в пределах валика, зачастую концентрически: от центра валика. При этом границы ячеек не видны и отсутствуют жесткие направления кристаллизации материала, вызывающие анизотропию его свойств. Также произошла значительная усадка нижних валиков при нанесении верхних слоев материала из-за сильного термического воздействия на литую зону. Заметен рост дендритного плеча по направлению к границе раздела покрытие-подложка, что говорит об отводе тепла в направлении толщины [3].
Стоит отметить сложность подбора травителя для одновременного выявления структур никеля и меди. Раствор Марбле, подходящий для травления никелевых сплавов, вызвал перетрав медной подложки. При рассмотрении в светлом поле была видна ее ячеистая мелкодисперсная структура, не имеющая существенных различий при переходе из слоя в слой. Для достижения лучшего результата необходимо было использовать ультразвуковую ванну с целью очистки образца. В работе [3] было предложено использование травителя на основе CH3OH (100 мл), FeCl (5 г), HCl (20 мл) для нанесения на подложку из Cu порошковой композиции Ni-Cr-B-Si.
Результаты исследований, выполненных сканирующей электронной микроскопией, показали следующее: ЗТВ имеет протяженность менее 0,01 мм. В этой зоне не происходит растворения упрочняющей фазы, которая становится лишь существенно дисперснее, в связи с тем, что за счет конвекции верхний слой остывает быстрее: остается меньше времени для роста зерен [3].
В дальнейшем планируется провести термическую обработку (ТО), где основными параметрами выступят максимальная температура нагрева, скорость нагрева, а также скорость последующего охлаждения. Очевидно, что при ТО сложнопрофильных конструкций возникнет коробление в виду неравномерного нагрева, локальных расширений, термических напряжений и пластических деформаций. В работе [4] с целью минимизации коробления был использован термофиксатор.
Выводы:
