Получение покрытий системы алюминий-никель при лазерной обработке поверхности алюминиевых сплавов

Краткая аннотация:

1. Для чего создается проект? Проект создан для получения износостойких покрытий системы алюминий–никель (Al-Ni) на поверхности алюминиевых сплавов. В качестве метода используется предварительное никелирование поверхности с последующим лазерным переплавом, что позволяет формировать интерметаллидные фазы (NiAl₃, Ni₂Al₃ и др.) непосредственно в поверхностном слое детали. 2. Какие он решает задачи? Проект решает следующие задачи: Повышение твёрдости и износостойкости алюминиевых деталей, которые в исходном состоянии имеют низкие эти показатели и быстро выходят из строя. Формирование покрытий с управляемыми свойствами - за счёт изменения режимов лазерной обработки (мощность излучения, частота сканирования, скорость обработки) можно менять геометрию, химический и фазовый состав, а также механические характеристики покрытия. Изучение влияния режимов на глубину проплавления, ширину валика, шероховатость, содержание никеля, микроструктуру и износостойкость. 3. В чем его преимущества? Преимущества предложенного метода и проекта: Возможность получения интерметаллидных фаз непосредственно на алюминии, которые обеспечивают высокую твёрдость (до 169 HV, что в 6,5 раз выше основного металла). Отсутствие внешних дефектов (трещин) на большинстве режимов; при оптимизации параметров можно избежать и пористости. Управление свойствами - регулируя мощность, частоту и скорость, можно целенаправленно влиять на содержание никеля (от 1,5 до 50%) и, следовательно, на микротвердость и износостойкость. Хорошая шероховатость поверхности (Ra = 1,5-9 мкм), что соответствует черновой или получистовой механической обработке по ГОСТ; в ряде случаев детали могут применяться без дополнительной обработки. Относительная износостойкость полученных покрытий составляет 2,1–3,3 (т.е. в 2-3 раза выше, чем у исходного алюминия). 4. Какие результаты получены? В ходе исследований получены следующие конкретные результаты: Сформированы покрытия системы Al-Ni с содержанием никеля от 1,5 до 50%. В их структуре идентифицированы интерметаллидные фазы NiAl₃ и Ni₂Al₃, а также твёрдый раствор никеля и легирующих элементов (Mg, P) в алюминии. Геометрические параметры: ширина валика - 4,6-5 мм (стабильна), глубина проплавления варьируется от 0,04 до 2 мм (при 660 Вт – сквозное проплавление пластины). Микротвердость покрытий составляет 35-169 HV, что в 1,4-6,5 раза выше микротвердости основного алюминия. Износостойкость (относительная, при трении о стальной ролик) - от 2,1 до 3,3 единиц. Установлены зависимости: увеличение мощности повышает глубину проплавления и шероховатость, но снижает долю никеля; увеличение частоты сканирования или скорости обработки, наоборот, уменьшает глубину проплавления и увеличивает содержание никеля в покрытии.