nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2022-17-1-65-77nguphys-172Research ArticleФИЗИКА ЖИДКОСТИ, НЕЙТРАЛЬНЫХ И ИОНИЗОВАННЫХ ГАЗОВPHYSICS OF A FLUID, NEUTRAL AND IONIZED GASESОптимизация параметров лазерной наплавки порошка на основе системы никель-алюминийOptimization of Parameters of Laser Cladding of the Powder Based on Nickel-Aluminium Systemhttps://orcid.org/0000-0003-2648-6451ГуловМ. А.GulovM. A.

 Михаил Александрович Гулов, старший лаборант 

 Новосибирск 

 Mikhail A. Gulov, Senior Laboratory Assistant 

 Novosibirsk 

gulovy@mail.ruИнститут теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наукРоссияKhristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2022150420221716577Copyright © Гулов М.А., 20222022Гулов М.А.Gulov M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/172

Произведена оптимизация параметров лазерной наплавки для получения качественного единичного трека. В качестве материала наплавки был использован порошок алюминида никеля (Ni3Al) – ПН85Ю15. В ходе работы было получено 60 образцов, наплавленных при различных параметрах мощности, скорости сканирования, положения фокуса лазерного луча относительно поверхности порошкового слоя. Были измерены геометрические характеристики полученных единичных треков. Обнаружено, что размеры единичных треков уменьшаются с ростом скорости. Повышение мощности лазерного излучения приводит к увеличению ширины и высоты единичного трека, а также к увеличению глубины проплавления подложки. Исследована зависимость геометрических характеристик единичных треков от температуры ванны расплава. Также в работе была измерена микротвердость полученных образцов, найдена зависимость микротвердости образцов от скорости сканирования. Обнаружено, что микротвердость полученных образцов коррелирует с количеством энергии, сообщенной порошковому слою и температурой ванны расплава. Установлено, что совокупность экспериментальных данных описывается в обобщенных пространственных и энергетических координатах линейной зависимостью.

In this work, the parameters of laser cladding were optimized to obtain a high-quality single track. Nickel aluminide powder (Ni3Al) – PN85Yu15 was used as the surfacing material. 60 samples were obtained, deposited at various pa rameters of power, scanning speed, position of the focus of the laser beam relative to the surface of the powder layer. The geometric characteristics of the obtained single tracks were measured, graphs of their dependence on the scanning speed were plotted. It was found that the sizes of single tracks decrease with increasing speed. An increase in the power of laser radiation leads to an increase in width and height of the track, as well as the depth of penetration of the substrate. The dependence of the geometric characteristics of the tracks on the temperature of the melting pool has been investigated. The microhardness of the obtained samples was also measured, and a weakly expressed dependence of the microhardness on the laser scanning speed was found. It was found that the microhardness of the obtained samples correlates with the amount of energy imparted to the powder layer and the temperature of the melting pool. It was also found that the set of experimental data is described in generalized spatial and energy coordinates by a linear dependence.

лазерная наплавкаселективное лазерное сплавлениеванна расплаваединичный трекникелид алюминияПН85Ю15laser claddingselective laser meltingsingle trackaluminum nickelidePN85Yu15ReferencesGu D. D., Meiners W., Wissenbach K., Poprawe R. Laser additive manufacturing of metallic components: materials, processes and mechanisms. Int. Mater. Rev., 2012, no. 57, pp. 133–164. DOI 10.1179/1743280411Y.0000000014Gu D. D., Meiners W., Wissenbach K., Poprawe R. Laser additive manufacturing of metallic components: materials, processes and mechanisms. Int. Mater. Rev., 2012, no. 57, pp. 133–164. DOI 10.1179/1743280411Y.0000000014Евгенов А. Г., Лукина Е. А., Королев В. А. Особенности процесса селективного лазерного синтеза применительно к литейным сплавам на основе никеля и интерметаллида Ni3Al // Новости материаловедения. Наука и Техника. 2016. № 5. С. 3–11.Evgenov A. G., Lukin E. A., Korolev V. A. Features of the selective laser synthesis process as applied to casting alloys based on nickel and Ni3Al intermetallic compound. News of Materials Science. Science and Technology, 2016, no. 5, pp. 3–11. (in Russ.)Dutta Majumdar J., Manna I. Laser material processing. Int. Mater. Rev., 2011, no. 56, pp. 341–388. DOI 10.1179/1743280411Y.0000000003Dutta Majumdar J., Manna I. Laser material processing. Int. Mater. Rev., 2011, no. 56, pp. 341–388. DOI 10.1179/1743280411Y.0000000003Fabbro R. Melt pool and keyhole behaviour analysis for deep penetration laser welding. J. Phys. D. Appl. Phys., 2010, no. 43. DOI 10.1088/0022-3727/43/44/445501Fabbro R. Melt pool and keyhole behaviour analysis for deep penetration laser welding. J. Phys. D. Appl. Phys., 2010, no. 43. DOI 10.1088/0022-3727/43/44/445501Fotovvati B., Wayne S. F., Lewis G., Asadi E. A Review on Melt-Pool Characteristics in Laser Welding of Metals. Adv. Mater. Sci. Eng., 2018. DOI 10.1155/2018/4920718Fotovvati B., Wayne S. F., Lewis G., Asadi E. A Review on Melt-Pool Characteristics in Laser Welding of Metals. Adv. Mater. Sci. Eng., 2018. DOI 10.1155/2018/4920718Kumar P., Farah J. Influence of processing parameters on properties of Inconel 718. Mater. Lett., 2019, no. 252, pp. 256–259.Kumar P., Farah J. Influence of processing parameters on properties of Inconel 718. Mater. Lett., 2019, no. 252, pp. 256–259.Scime L., Beuth J. Melt pool geometry and morphology variability for the Inconel 718 alloy in a laser powder bed fusion additive manufacturing process. Addit. Manuf., 2019, no. 29, p. 100830. DOI 10.1016/j.addma.2019.100830Scime L., Beuth J. Melt pool geometry and morphology variability for the Inconel 718 alloy in a laser powder bed fusion additive manufacturing process. Addit. Manuf., 2019, no. 29, p. 100830. DOI 10.1016/j.addma.2019.100830Kusuma C., Ahmed S. H., Mian A., Srinivasan R. Effect of Laser Power and Scan Speed on Melt Pool Characteristics of Commercially Pure Titanium (CP-Ti). J. Mater. Eng. Perform., 2017, no. 26, pp. 3560–3568. DOI 10.1007/s11665-017-2768-6Kusuma C., Ahmed S. H., Mian A., Srinivasan R. Effect of Laser Power and Scan Speed on Melt Pool Characteristics of Commercially Pure Titanium (CP-Ti). J. Mater. Eng. Perform., 2017, no. 26, pp. 3560–3568. DOI 10.1007/s11665-017-2768-6Каблов Е. Н., Бунтушкин В. П., Поварова К. Б., Базылева О. А., Морозова Г. И., Казанская Н. К. Малолегированные легкие жаропрочные высокотемпературные материалы на основе интерметаллида Ni3Al // Металлы. 1999. № 1.Kablov E. N., Buntushkin V. P., Povarova K. B., Bazyleva O. A., Morozov G. I., Kazanskaya N. K. Low-alloy light heat-resistant high-temperature materials based on the intermetallic compound Ni3Al. Metals, 1999, no. 1. (in Russ.)Каблов Е. Н., Ломберг Б. С., Бунтушкин В. П., Голубовский Е. Р., Мубояджян С. А. Сплав на основе интерметаллида Ni3Al – перспективный материал для лопаток турбин // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 7.Kablov E. N., Lomberg B. S., Buntushkin V. P., Golubovsky E. R., Muboyadzhyan S. A. Alloy based on Ni3Al intermetallic compound – promising material for turbine blades. Metallurgy and Heat Treatment of Metals, 2002, no. 7. (in Russ.)Kumar K. G., Anand T. J. S. A Novel Intermetallic Nickel Aluminide (Ni3Al ) as an Alternative Automotive Body Material. Int. J. Eng. Technol., 2011, pp. 274–282.Kumar K. G., Anand T. J. S. A Novel Intermetallic Nickel Aluminide (Ni3Al ) as an Alternative Automotive Body Material. Int. J. Eng. Technol., 2011, pp. 274–282.Гринберг Б., Иванов М. Интерметаллиды Ni3Al и TiAl : микроструктура, деформационное поведение. Екатеринбург, 2002.Grinberg B., Ivanov M. Intermetallic compounds Ni3Al and TiAl: microstructure, deformation behavior. Ekaterinburg, 2002. (in Russ.)Скобло Т., Петренчюк В. Выбор порошковой композиции и оптимальных параметров обработки при нанесении покрытий лазерным методом на кулачки распределительного вала // Распределение химических элементов по сечению детали. 1992. № 4. C. 57–71. URL: http://marefateadyan.nashriyat.ir/node/150Skoblo T., Petrenchyuk V. Choice of powder composition and optimal processing parameters for laser coating on camshaft cams. Distribution of chemical elements over the section of the part, 1992, no. 4, pp. 57–71. (in Russ.) URL: http://marefateadyan.nashriyat.ir/node/150Golyshev A. A., Malikov A. G., Orishich A. M., Shulyatyev V. B. Experimental study of laser-oxygen cutting of low-carbon steel using fibre and CO2 lasers under conditions of minimal roughness. Quantum Electron., 2014, no. 44, pp. 970–974. DOI 10.1070/qe2014v044n10abeh015412Golyshev A. A., Malikov A. G., Orishich A. M., Shulyatyev V. B. Experimental study of laser-oxygen cutting of low-carbon steel using fibre and CO2 lasers under conditions of minimal roughness. Quantum Electron., 2014, no. 44, pp. 970–974. DOI 10.1070/qe2014v044n10abeh015412Golyshev A. A., Malikov A. G., Orishich A. M., Shulyatev V. B. High-quality laser cutting of stainless steel in inert gas atmosphere by ytterbium fibre and CO2 lasers. Quantum Electron., 2014, no. 44, pp. 233–238. DOI 10.1070/qe2014v044n03abeh015320Golyshev A. A., Malikov A. G., Orishich A. M., Shulyatev V. B. High-quality laser cutting of stainless steel in inert gas atmosphere by ytterbium fibre and CO2 lasers. Quantum Electron., 2014, no. 44, pp. 233–238. DOI 10.1070/qe2014v044n03abeh015320Фернандо Г. Л. Методики оптимизации процесса лазерного нанесения износостойких покрытий на валы газотурбинных установок: Дис. … канд. техн. наук. М., 2017. 148 с.Fernando G. L. Techniques for optimizing the process of laser deposition of wear-resistant coatings on the shafts of gas turbine plants. Cand. Tech. Sci. Diss. Moscow, 2017, 148 p. (in Russ.)Григорьянц А., Шиганов И., Мисюров А. Технологические процессы лазерной обработки. М., 2008. 663 с.Grigoryants A., Shiganov I., Misyurov A. Technological processes of laser processing. Moscow, 2008, 663 p. (in Russ.)Metelkova J., Kinds Y., Kempen K., Formanoir C. de, Witvrouw A., Van Hooreweder B. On the influence of laser defocusing in Selective Laser Melting of 316L. Addit. Manuf., 2018, no. 23, pp. 161–169. DOI 10.1016/j.addma.2018.08.006Metelkova J., Kinds Y., Kempen K., Formanoir C. de, Witvrouw A., Van Hooreweder B. On the influence of laser defocusing in Selective Laser Melting of 316L. Addit. Manuf., 2018, no. 23, pp. 161–169. DOI 10.1016/j.addma.2018.08.006Golyshev A., Orishich A. Study of the Laser Radiation Focusing Modes Effect on Geometrical and Mechanical Properties of Metal-Ceramic Tracks. Met. Work. Mater. Sci., 2019, no. 21, pp. 82–92. DOI 10.17212/1994-6309-2019-21.1-82-92Golyshev A., Orishich A. Study of the Laser Radiation Focusing Modes Effect on Geometrical and Mechanical Properties of Metal-Ceramic Tracks. Met. Work. Mater. Sci., 2019, no. 21, pp. 82–92. DOI 10.17212/1994-6309-2019-21.1-82-92Солоненко О. П., Алхимов А. П., Марусин В. В., Рахимянов Х. М., Оришич А. М., Салимов Р. А., Щукин В. Г., Косарев В. Ф. Низкотемпературная плазма. Новосибирск: Наука, 2000. Т. 18: Высокоэнергетические процессы обработки материалов. 425 с. ISBN 5-02-031528-1Solonenko O. P., Alkhimov A. P., Marusin V. V., Rakhimyanov H. M., Orishich A. M., Salimov R. A., Shchukin V. G., Kosarev V. F. Low-temperature plasma. Novosibirsk, Nauka, 2000, vol. 18: High-energy processes of materials processing, 425 p. (in Russ.) ISBN 5-02-031528-1Rubenchik A. M., King W. E., Wu S. S. Scaling laws for the additive manufacturing. J. Mater. Process. Technol., 2018, no. 257, pp. 234–243. DOI 10.1016/j.jmatprotec.2018.02.034Rubenchik A. M., King W. E., Wu S. S. Scaling laws for the additive manufacturing. J. Mater. Process. Technol., 2018, no. 257, pp. 234–243. DOI 10.1016/j.jmatprotec.2018.02.034Golyshev A. A., Orishich A. M., Filippov A. A. Similarity Laws in Laser Cladding of Cermet Coatings. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2019, vol. 60, no. 4, pp. 758–767. DOI 10.15372/pmtf20190421Golyshev A. A., Orishich A. M., Filippov A. A. Similarity Laws in Laser Cladding of Cermet Coatings. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2019, vol. 60, no. 4, pp. 758–767. DOI 10.15372/pmtf20190421

The authors declare that there are no conflicts of interest present.