Лазерный мир

В.М.Фомин, А.Г.Маликов // Лазер-Информ N 23-24 (7598-759), декабрь 2023

Несмотря на непростое время в мире, лаборатория лазерных технологий ИТПМ СО РАН продолжает развиваться и проводить фундаментальные исследования в области взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом. В рамках научного направления «лазерная микрометаллургия» проводятся широкие исследования с целью разработки методов получения заданного структурно-фазового состава и механических свойств материала после лазерного воздействия. ИТПМ остаётся и активным популяризатором науки (рис.1).

Лазерная микрометаллургия основана на комплексном подходе, который позволил сформировать общие физические закономерности, которые описывают конечные характеристики материала в зависимости от системы легирования и теплофизических свойств материала, режимов затвердевания и типа течения расплава, быстропротекающего локального неравновесного нагрева, плавления и последующей кристаллизации материала, скорости охлаждения, вида постобработки. Фундаментальные и прикладные исследования проводятся с использованием уникальной экспериментальной базы лаборатории, включающей автоматизированные лазерные технологические комплексы на основе мощных СО2- лазеров и волоконных иттербиевых лазеров, современных приборов исследования структурных и механических характеристик получаемых изделий.

Лаборатория имеет доступ к установке класса «мегасайенс» в ЦКП Сибирского центра синхротронного излучения на базе ИЯФ СО РАН и использует возможности этого Центра для исследования фазового состава получаемых изделий. На основе результатов фундаментальных исследований реализуются прикладные технологии: прямое лазерное выращивание металлокерамических покрытий на основе титановых, никелевых, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали и керамик типа карбида бора, а также кремния и вольфрама; высокопрочная лазерная сварка однородных и разнородных алюминиевых, алюминиево-литиевых, титановых сплавов, сплавов на основе железа, технология восстановления пера лопатки в газотурбинном двигателе.

Применение комплексного подхода в технологии лазерной сварки позволило впервые получить прочностные свойства неразъёмных однородных и разнородных лазерных сварных соединений на уровне прочности основного материала (рис.2). Это явилось принципиальным результатом, который позволил поставить в практическую плоскость вопрос внедрения технологии высокопрочной лазерной сварки металлических сплавов в авиастроение − с целью снижения веса конструкции и повышения производительности труда при создании современного летательного аппарата.

В настоящее время во всех отраслях промышленности растет спрос на разработку новых передовых конструкционных материалов, которые способствуют снижению веса, повышению энергоэффективности, выдерживают высокие нагрузки и т.д. Такой материал должен обладать повышенными значениями удельной прочности, модуля упругости и целого ряда других функциональных характеристик. Традиционные металлы и сплавы не могут удовлетворить этим требованиям. В последние годы в аддитивных технологиях большой интерес вызывают исследования по применению керамических частиц в качестве модифицирующих добавок с целью изменения структурнофазового состояние и повышение механических свойств авиационных сплавов. роизводственных процессов (рис.3, 4).

В рамках проводимых исследований в ИТПМ СО РАН удалось реализовать технологию создания металлокерамических покрытий на основе титанового сплава ВТ-6 с концентрацией керамики до 50% по весу. Это позволило повысить механические свойства покрытий и изделий, в частности, увеличить износостойкость в 2-4 раза по сравнению с самим металлическим сплавом ВТ-6, повысить микротвердость и макротвердость изделий, увеличить стойкость к ударным нагрузкам при высоких скоростях нагружения.

Многолетний опыт фундаментальных исследований в области лазерных технологий (резка, сварка, прямое лазерное выращивание, селективное лазерное сплавление) и умение получать высокие заданные свойства конечного изделия позволили лаборатории выполнить крупные прикладные задачи в авиационной, нефтегазовой, машиностроительной отраслях промышленности Российской Федерации. Будем и дальше развивать и фундаментальные, и прикладные работы.

Полное содержание на https://bibl.laser.nsc.ru/download/laser-inform/758all-1.pdf