Аспирант кафедры обработки металлов давлением (ОМД)
119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Postgraduate student, Department of metal forming, National University of Science and Technology
119991, Russia, Moscow, Leninkii pr., 4
Доктор технических наук, профессор кафедры ОМД
119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Dr. Sci. (Eng.), Prof., Department of metal forming
119991, Russia, Moscow, Leninkii pr., 4
Кандидат технических наук, научный сотрудник кафедры ОМД
119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
119334, г. Москва, Ленинский пр-т, 49
Cand. Sci. (Eng.), Researcher, Department of metal forming
119334, Russia, Moscow, Leninskii pr., 49
В ходе исследований изучено влияние скорости сканирования лазера (vс) на морфологию единичных треков, полученных из смеси порошков Ti и Al в стехиометрическом соотношении 1 : 1 в продольном и поперечном сечениях. На наружной поверхности трека, полученного при vс= 300 мм/с, были обнаружены капли выплеснувшейся жидкости, появление которых скорее всего было вызвано выбросом пузырьков газа, образовавшихся из-за испарения более легкоплавкого алюминия. С ростом значений vс до 600 мм/с наблюдалось искажение единичного трека по длине. Было установлено, что с увеличением скорости лазерного луча треки перестают быть стабильными, и из-за значительной конвекции Марангони и нестабильности капиллярной жидкости в расплавленной ванне по поверхности трека формируются «шарики». Повышение скорости лазера привело к появлению пор, которые в основном сконцентрированы в образовавшихся шариках, а также оказало влияние на морфологию трека в поперечном сечении, а именно – на ширину, высоту трека и глубину проплавления подложки. С увеличением скорости сканирования с 300 до 900 мм/с проплавления подложки практически не наблюдалось, ширина трека уменьшилась с 194 до 136 мкм, а его высота увеличилась почти в 4 раза – с 21 до 88 мкм. Для оценки структуры изучаемых треков был проведен микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) и получены карты распределения элементов. Установлено, что при скоростях сканирования 300 и 600 мм/с перемешивание жидкости в ванне расплава происходит в недостаточной степени, что приводит к ликвации элементов по сечению треков. Центральная зона оказывается обогащеной алюминием, в то время как в основании преобладает титан, а в крайней зоне он практически отсутствует (4,57 ат.% Ti). При vс = 900 мм/с, по данным МРСА, наблюдалось наличие нерасплавившихся частиц порошка титана. Предположительной причиной этого может являться недостаточная мощность лазера при столь высокой скорости сканирования.
The paper studies the effect of the laser scanning speed (vs) on the morphology of single tracks obtained from a mixture of Ti and Al powders in a stoichiometric ratio of 1 : 1 in longitudinal and cross sections. Droplets of splashed liquid were found on the outer surface of the track obtained at vs = 300 mm/s. Their appearance is resulted most likely from the release of gas bubbles formed due to the evaporation of aluminum having a lower melting point. A distortion of a single track along its length was observed with an increase in vs values up to 600 mm/s. It was found that tracks loose stability as the laser beam speed increases with «balls» formed on the track surface due to the significant Marangoni convection and the capillary liquid instability in the molten bath. An increase in the laser speed led to the appearance of pores mainly concentrated in the formed balls, and also influenced the track morphology in the cross section, namely, the width and height of the track, as well as the depth of substrate fusion. An increase in the scanning speed from 300 to 900 mm/s led virtually no substrate fusion, and the track width decreased from 194 to 136 μm, while its height increased almost 4 times – from 21 to 88 μm. X-ray microanalysis was conducted and element distribution maps were obtained to assess the structure of the tracks under study. It was found that the degree of liquid mixing in the molten bath is insufficient at scanning speeds of 300 and 600 mm/s, which leads to the segregation of elements over the track cross section. The central zone turns out to be enriched in aluminum, while titanium predominates at the base and is practically absent in the extreme zone (4.57 at.% Ti). X-ray microanalysis revealed the presence of unmelted titanium powder particles at vs = 900 mm/s. Presumably, it may be caused by insufficient laser power at such a high scanning speed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.