Минаев Игорь Васильевич, к.т.н., ген. директор ООО НПП «ТЕЛАР» (e-mail: ivminaev1960@yandex.ru) ООО НПП «ТЕЛАР», г. Тула, Россия, Чуканов Александр Николаевич, д.т.н., вед. научн. сотрудник (e-mail: alexchukanov@yandex.ru), Кутепов Сергей Николаевич, к.п.н., доцент (e-mail: kutepovsn@yandex.ru), Клементьев Денис Сергеевич, ст. преподаватель (e-mail: denis.klementev.93@mail.ru)
Цой Евгений Владимирович, ст. преподаватель (e-mail: tsoyev@tsput.ru), Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого, г. Тула, Россия // В сборнике: Современное перспективное развитие науки, техники и технологий. Сборник научных статей 3-й Международной научно-технической конференции. Воронеж, 2025. С. 278-282.

В данной статье описано влияние предварительной и финишной лазерной микрообработки на формирование структуры и шероховатости порошковых покрытий на основе никеля, цинка и алюминия, созданных на поверхностях уг-леродистых сталей марок 20, 35 и 45 способом холодного газодинамического напыления (ХГДН).

Предварительное лазерное микроструктурирование (ЛМС) поверхностей исследованных сталей увеличивает поверхность контакта адгезива с суб-стратом. Финишное модифицирование нанесённого покрытия устраняет структурные дефекты адгезива и увеличивает его микротвёрдость.

Ключевые слова: углеродистые стали, холодное газодинамическое напыле-ние, лазерное микрообработка, покрытие, шероховатость, структура.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта правительства Туль-ской области в сфере науки и техники ДС/161 (2024 г.).

Введение. Одним из перспективных направлений материаловедения и маши-ностроения являются технологии создания функциональных покрытий с задан-ными физико-механическими характеристиками. Одним них является холодное газодинамическое напыление (ХГДН). В последние годы процессы ХГДН по-крытий совмещают с лазерными технологиями поверхностной обработки [1]. Комбинация ХГДН с лазерной микрообработкой позволяет управлять микро-структурой покрытия, параметрами его шероховатости и адгезии, открывает новые возможности создания покрытий с заданными триботехническими, анти-коррозионными и аквофобными свойствами [2]. Отсутствие научно и экспери-ментальных сведений об структурообразовании и рельефе субстрата в ходе его управляемого профилирования путём лазерного воздействия тормозит внедре-ние указанной технологии.

Цель данной работы — исследование влияния лазерной микрообработки на структурообразование и шероховатость порошковых покрытий, напыляемых способом ХГДН.

Материалы и методы исследования. Объекты исследования — порошковые покрытия на основе никеля, цинка и алюминия, нанесённые на поверхность об-разцов сталей марок 20, 35 и 45.

Анализ результатов экспериментов. Из анализа влиянии финишного ла-зерного модифицирования на дефектность нанесённых покрытий установили, что увеличение мощности лазерного излучения с 7,5 до 10,5 Вт не приводит к изменению числа и размеров структурных дефектов.

Результаты измерения шероховатости поверхностей образцов и их покрытий после лазерного микроструктурирования (ЛМС), последующего нанесения по-крытий (ППМ) и завершающего лазерного модифицирования (ЛМ) покрытий (МППМ) для стали марки 45 приведены в табл. 3. Шероховатость всех видов покрытий после ХДН и их модифицирования практически одинакова. Размер шероховатости соответствует размерам частиц напыляемых порошков (5…35мкм). Микротвердость на поверхностях после модифицирования выше, чем на поверхностях после ХГДН [3]. Анализи-ровали влияние мощности лазерного модифицирования на шероховатость на-пылённых покрытий (рис. 2).

Для покрытий из Al, нанесенных на поверхность, подвергнутую лазерному микроструктурированию увеличение мощности модифицирования незначительно влияло на шероховатость: RZ = 25,48…28мкм. Лазерное модифицирование  покрытия Al, на необработанной поверхности увеличило его шероховатость с RZ = 19,65мкм до RZ = 25-28мкм.

Для покрытий Zn максимальное значение шероховатости (рис. 2) фиксирова-ли при мощности лазерного модифицирования (7,5 Вт). Увеличение мощности модифицирования вело к снижению шероховатости (рис. 2) вне зависимости от состояния подложки. При мощности W=16,5 Вт шероховатость модифицированного покрытия равна шероховатости исходного ХГДН покрытия.

Для покрытий Ni, нанесенных на предварительно микроструктурированнуют  поверхность (рис. 2а) с ростом мощности лазерного модифицирования, фиксировали увеличение шероховатости с RZ = 15,73мкм до RZ = 22,08мкм. Шероховатость покрытия на необработанной поверхности не зависела от мощности ла-зерного модифицирования (рис. 2б).

Для всех исследованных типов покрытий выявили увеличение их  шероховатости после дополнительного лазерного модифицирования. Считали, что заформирование микрорельефа модифицированных покрытий ответственны частицы порошка адгезива, часть из которых может оставаться ми, формируя выступы микрорельефа поверхности [4].

Выводы.

1. Изучена структура порошковых покрытий, нанесённых методом ХГДН, никеля, цинка и алюминия на предварительно микроструктурированные лазером поверхности углеродистых сталей марок 20, 35, 45 с последующим их ла-зерным модифицированием.
2. Предварительное микроструктурирование поверхности образцов увеличи-вает на 30% площадь изученных покрытий, что повысит их адгезионную прочность.

Полное содержание на https://www.elibrary.ru/item.asp?id=83068935

Видео по теме: Создание «шагрени» на поверхности пресс-формыу методом лазерной эрозионной обработки на станке #ТурбоФорма.