Лазерный мир

Ямщиков Владимир Александрович, Хомич Юрий Владиславович, Миколуцкий Сергей Иванович, Малинский Тарас Владимирович, Филин Сергей Александрович, Ёлкин Владимир Николаевич // патент

Изобретение относится к способу получения наноструктурированной поверхности металлической заготовки лазерной обработкой перед диффузионной сваркой металлических заготовок. Технический результат — повышение качества соединения разнородных металлических заготовок при диффузионной сварке. Способ включает размещение обрабатываемой металлической заготовки в герметичной камере, заполненной инертным газом до давления 151-203 кПа, воздействие на обрабатываемую поверхность с образованием расплавленного металла перемещаемым по обрабатываемой поверхности лазерным лучом с плотностью мощности лазерного пятна на поверхности детали, обеспечивающей образование в парах расплавленного металла приповерхностной плазмы. Осуществляют наноструктурирование обрабатываемой поверхности лазерным лучом наносекундного импульсного лазера с плотностью мощности энергии в диапазоне от 1,0 до 5 Дж/см2 до формирования на наноструктурируемой поверхности рельефных структур в виде микроборозд, микропор, искривленных каналов, микроконусов с поперечными размерами от 1 до 5 мкм, а также шарообразных структур диаметром около 500 нм на цилиндрических подставках-ножках шириной около 300 нм. Количество лазерных импульсов, приходящихся на единичное пятно облучения, определяют по формуле N=D2⋅ν/(u⋅b), где N — количество лазерных импульсов, приходящихся на единичное пятно облучения, D — диаметр пятна облучения, ν — частота следования лазерных импульсов, u — скорость сканирования лазерного луча по поверхности обрабатываемой заготовки, b — шаг перемещения лазерного луча по вертикали. После наноструктурирования осуществляют диффузионную сварку металлических заготовок на наноструктурированной поверхности во второй герметичной камере воздействием давления и нагревом свариваемых металлических заготовок в атмосфере инертных газов. В качестве материала свариваемых металлических заготовок используют разнородные металлы или их сплавы. 10 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области лазерной техники, машиностроения и электроники, в частности к оптическим и сварочным технологиям, а именно к способам предварительной обработки поверхности перед сваркой лучом лазера, и может найти применение в разных секторах машиностроения и металлургии, например, при подготовке перед диффузионной сваркой металлических заготовок для формирования посредством наноструктурирования поверхности предварительной обработкой импульсным лазерным лучом их поверхностных слоев с повышенными качеством соединения металлических заготовок при диффузионной сварке, в частности, для нано- и микромеханики и микроэлектроники.

Хотя осуществление диффузионной сварки в вакууме или в инертной газовой среде расширяет технологические возможности данного способа сварки, в настоящее время проблема повышения качества соединения и расширение допустимого температурного режима сварки [1-5] по-прежнему остается актуальной.

Улучшение механических характеристик сварных соединений при диффузионной сварке возможно за счет формирования на свариваемых поверхностях разных упорядоченных структур, в том числе микронного и субмикронного масштаба [1-3]. Для их создания могут применяться такие технологические приемы, как лазерная модификация свариваемых поверхностей заготовок. В работе [6] было показано, что создание на свариваемых поверхностях периодического рельефа при их лазерной обработке с оплавлением при диффузионной сварке в условиях горячего изостатического прессования (ГИП) приводит к повышению предела прочности сварного соединения сталей марок 09X17H-Ш и 08Х18Н10Т. В работах [7-9] рассмотрен механизм процесса диффузионного роста в металлах.

Перспективным методом формирования наноструктуры на металлической поверхности может стать прямое лазерное наноструктурирование наносекундными импульсами в ультрафиолетовой области спектра [10-13]. Эффективное воздействие лазерного излучения на тонкий (~1 мкм) приповерхностный слой позволяет получать разные микро- и наноструктуры с заданными параметрами.

Полное содержание статьи: https://findpatent.ru/patent/275/2752821.html