CC BY
18
УДК 621.762
О. О. Гончарук ВПЛИВ ЛАЗЕРНОГО ОПРОМІНЕННЯ З ДОВЖИНОЮ ХВИЛІ 1,06 МКМ НА ФАЗОВИЙ СКЛАД І МІЦНІСТЬ КУБІЧНОГО НІТРИДУ БОРУ
Визначені параметри лазерної обробки шліфпорошків кубічного нітриду бору при опромінюванні довжиною хвилі 1 = 1,06 мкм, при яких не змінюються міцнестні характеристики та фазовий склад вихідного шліфпорошку.
Ключові слова: лазер, фазовий склад, кубічний нітрид бору
1. Вступ
Кубічний нітрид бору (КНБ) має високу твердість, теплостійкість, хімічну стійкість і ударну в’язкість, що обумовило його застосування при створенні абразивного інструмента. Для виготовлення інструментів на основі КНБ застосовують різні технології, з яких найбільш перспективними є методи спікання з використанням високошвид-кісного нагрівання. Лазерне випромінювання в порівнянні з іншими джерелами високошвидкісного нагрівання має ряд значних переваг: воно дозволяє за рахунок високої швидкості безконтактно вводити енергію в матеріал і строго її дозувати, здійснювати в широкому діапазоні температур надшвидкісне нагрівання локальних областей матеріалів і за рахунок цього формувати високодисперсні структури. Лазерне спікання композитів утримуючих КНБ включає кілька фізичних процесів [1—7], один із яких взаємодія лазерного випромінювання із зернами КНБ [3, 6]. Опромінення може ініціювати фазові перетворення КНБ (сВМ) в інші фази системи В-М змінювати субструктуру зерен , формувати окисли. У системі В-М крім сВМ відомі фази hBN, гВМ wBN, В50М2, В13М2. Структура й властивості перших двох фаз подібні до графіту, твердість вюрцитного нітриду бору ^ВМ) нижче твердості кубічної фази, утворення двох останніх фаз малоймовірно. Отже стабільність КНБ найважливіша умова реалізації технології виготовлення абразивного інструмента методом лазерного спікання.
2. Методика проведення досліджень
Шліфпорошок КНБ марки КВ250/200 розміщався на графітовій підкладці й оброблявся шляхом прямого опромінення за методикою описаною в [1, 3, 4], на лазерному технологічному комплексі на базі Nd:YAG-лазера «DY044». Режими обробки: потужність випромінювання варіювалася в діа-
пазоні 300...800 Вт, швидкість обробки складала 0,1...1,0 м/хв., діаметр променя на поверхні зразка d0 = 3 мм, захисне середовище аргон з витратами 7 л/хв.
3. Результати експериментальних досліджень
Рентгеноструктурні дослідження проводилися на дифрактометрі ДРОН-4 у фільтрованому СоКа випромінюванні. Реєстрація дифрактограм здійснювалася в режимі дискретного сканування із кроком 0,05° і експозицією в кожній точці тривалістю 3 сек. Визначення показника статичної міцності об’єктів проводили за стандартною методикою [3] на приладі марки ДА-2.
На рис. 1 представлена дифрактограма шліф-порошку марки КВ250/200 обробленого при зазначених значеннях технологічних режимів лазерного випромінювання. Рентгенівський дифракційний спектр фази cBN містить 6 ліній з яких на диф-рактограмах, як правило, фіксуються два найбільш інтенсивні відбиття з інтерференційними індексами 111 і 220. Перший максимум з відносною інтенсивністю 100 % відповідають атомним площинам з міжплоскостною відстанню d = 2,087 А на диф-рактограмах зафіксований під кутом 20 = 43,36°. Його інтенсивність визначається кількістю кубічної фази в порошку
До складу досліджуваних порошків входив графіт, що слугував у якості підкладки при обробці
P=300 Вт, V=0,1 м/мин
. Л ,
oooooooooooc ooooooooooooooooooooo
Рис. 1. Дифрактограмма порошку марки КВ250/200 обробленого лазерним випромінюванням
TECHNOLOGY AUDIT AND PRODUCTION RESERVES — № 6/3(8), 2012, © □. Goncharuk
с
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ISSN 222B-378O
и частина максимумів, зокрема, перші два належать цій фазі. Зіставляючи інтенсивності зазначеного відбиття у вихідному й обробленому порошках можна зробити наступні висновки. Обробка при Р = 300 Вт не змінює кількість cBN у порошку Причому при V = 0,1 м/хв не фіксується відбиття під кутом 20 = 42,44° приналежне вюрцитній фазі BN і збільшується інтенсивність графітоподібної фази. Отже опроміненні при зазначеному режимі приводить до ініціювання фазового перетворення wBN ^ hBN. Аналогічне фазове перетворення протікає й при Р = 500 Вт, але при високій швидкості обробки. Причина вибірковості впливу лазерного випромінювання на кубічну й вюрцитну фази нітриду бору в різних коефіцієнтах поглинання випромінювання цими фазами, що побічно підтверджується їхнім різним кольором.
Зменшення швидкості обробки (отже збільшення часу опромінення) при Р = 500 Вт або збільшення потужності випромінювання до Р = 800 Вт приводить до практично повного зникнення КНБ. Результати фазового аналізу повністю корелюють із вимірами руйнівних напружень у тих же об’єктах (рис. 2).
4. Гончарук О. О. Визначення впливу технологічних параметрів лазерного спікання на властивості абразивних композитів із надтвердих матеріалів [Текст] : материалы VI Международной научно-технической WEB-конференции «Композиционные материалы» 2012 / О. О. Гончарук, Л. Ф. Головко, В. Г. Сороченко, А. М. Лутай, О. Д. Ка-гляк. — 2009. — С. 9.
5. Лазерні технології та комп’ютерне моделювання [Текст] : наукове видання / під. ред. Л. Ф. Головка, С. О. Лук’я-ненка. — К. : Вістка, 2009. — 295 с.
6. Патент на корисну модель № 63067 Україна, МКП С23С 28/00. Спосіб виготовлення надтвердих абразивів з покриттям [Текст] / О. О. Гончарук, Л. Ф. Головко, В. Г. Сороченко, А. К. Скуратовський, М. В. Нові-ков, А. О. Шепелев (Україна). — и2011 02529 ; заявл. 03.03.2011; опубл. 26.09.2011, бюл. № 18. — 4 с.
7. Патент на корисну модель № 63066 Україна, МКП B23D 3/00. Спосіб виготовлення порошків із синтетичних надтвердих матеріалів / О. О. Гончарук, Л. Ф. Головко, В. Г. Сороченко, А. К. Скуратовський, М. В. Нові-ков, А. О. Шепелев (Україна). — и2011 02527 ; заявл. 03.03.2011 ; опубл. 26.09.2011, бюл. № 18. — 4 с.
ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ 1,06 МКМ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И ПРОЧНОСТЬ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА
А. А. Гончарук
Определенные параметры лазерной обработки іплифпорошков кубического нитрида бора при облучении длиной волны 1 = 1,0Б мкм, при которых не изменяются прочностные характеристики и фазовый состав исходного шлифпорошка.
Ключевые слова: лазер, фазовый состав, кубический нитрид бора.
Алексей Александрович Гончарук, ассистент кафедры Лазерной Техники и Физико-технических Технологий Национального технического университета «Киевский политехнический институт», тел.: (096) 7494326, е-mail: goncharuk.alex@gmail.com.
INFLUENCE OF LASER IRRADIATION ON PHASE STRUCTURE AND STREHGTH OF CUBIC BORON NITRIDE
O. Goncharuk
Рис. 2. Руйнівні напруження опроміненого КНБ марки КВ250/200
Література
1. Goncharuk O. O. Application of laser irradiation for sintering of cubic boron nitride composites : Laser Assisted Net Shape Engineering, Proceedings of the LANE 2007 [Text] / O. O. Goncharuk, L. F. Golovko, V. S. Kovalenko, O. D. Kaglyak, N. V. Novikov, A. A. Shepelev, V. G. So-rochenko. — 2007. — P. 10.
2. Гончарук О. О. Інтенсифікація процесів лазерного спікання композиційних матеріалів енергією ультразвукових коливань [Текст] / О. О. Гончарук, В. В. Джемелінський, Л. Ф. Головко, О. Д. Кагляк // Вібрації в техніці та технологіях. — 2009. — № 3/55. — С. 60—65.
3. Гончарук О. О. Влияние лазерного нагрева на прочность кубического нитрида бора при статическом нагружении [Текст] / О. О. Гончарук, Л. Ф. Головко, О. Д. Кагляк // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2010. — № 1/6(43). — С. 4—10.
Laser processing regimes for irradiation of cubic boron nitride at wavelength l = 1,06 mkm where strength characteristics and phase structure remain
unchanged.
Keywords: laser, phase structure, cubic boron nitride.
Alex Goncharuk, assistant of Laser Physics and Applied Technologies department of National Technical University of Ukraine «Kiev polytechnic institute», tel.: (096) 7494326, e-mail: goncharuk.alex@gmail.com.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 6/3(8), 2012
