Application of the method of laser-plasma surface modification of metals to improve tribological characteristics of combustion engines

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The results of the development of laser-plasma method for surface hardening of metals in two areas: high-performance surface modification of iron and synthesis of superhard (20 - 30 GPa ) nanocomposite coatings are presented. Laser- plasma method is based on pulsed optical plasma discharge. Repetitive discharge is ignited with a high repetition frequency (tens of kHz) by laser pulses at the focus of the CO2 laser beam. For the formation of the plasma in the processing head, high flow of gas: argon , nitrogen and oxygen is generated. Plasma gas flow in the plasma-chemical chamber has a speed of 500 m / s and pressure up to 0.5 MPa. For the synthesis of coatings a two-channel plasma chemical chamber additionally provides delivery of thealloying gas in the focus area of the laser.To improve the wear resistance of gray cast iron in friction couples by laser processing, a structure with high-hardness (12-20 GPa ) nanostructured surface layer and having thickness of 1 micron, which is adjacent to a layer with a thickness of about 100 microns with a locally hardened regions surrounding the graphite areas . The resulting structure of the surface reduces the coefficient of friction by 30% and twentyfold increase in wear resistance under conditions of hydrodynamic friction. This is due to the creation of micro-relief wear pairs , including capillary channels accumulating grease by location of graphite and solid constituents  -  ledeburite and martensite surrounding these microgroves.

About the authors

S. N. Bagayev

Email: bagayev@laser.nsc.ru
D.Sc. (Physics and Mathematics), Academician, Russian Academy of Sciences, Director. Institute of Laser Physics Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; e-mail: bagayev@laser.nsc.ru

G. N. Grachev

Email: grachev@laser.nsc.ru
Ph.D. (Physics and Mathematics), Head of Laboratory. Institute of Laser Physics Siberian Branch of Russian Academy of Sciences; e-mail: grachev@laser.nsc.ru

А. L. Smirnov

Chief Designer. Institute of Laser Physics Siberian Branch of Russian Academy of Sciences;

M. N. Khomyakov

Engineer. Institute of Laser Physics Siberian Branch of Russian Academy of Sciences;

A. O. Tokarev

Email: aot51@ngs.ru
D.Sc. (Engineering), Associate Professor. Novosibirsk State Academy of Water Transport; e-mail: aot51@ngs.ru

P. Yu. Smirnov

Email: pys@optogard.ru
General Director. Optogard Nanotech Limited; e-mail: pys@optogard.ru

References

  1. Багаев С.Н. , Грачев Г.Н. , Пономаренко А.Г. , Смирнов А.Л. , Демин В.Н. , Окотруб А.В. , Бакланов А.М. , Онищук А.А.  Лазерный плазмохимический синтез наноматериалов в скоростных потоках газов, первые результаты и перспективы развития метода // Наука и нанотехнологии: изд-во СО РАН, Новосибирск. – 2007. – С. 123-135.2. Багаев С.Н., Грачев Г.Н., Демин В.Н., Смирнов А.Л., Смирнов П.Ю., Смирнова Т.П., Хомяков М.Н. О возможности использования технологии упрочнения поверхности металлов с применением лазерно-плазменной установки для наномодификации поверхностей металлов и синтеза сверхтвердых покрытий // Бюллетень ОУС ОАО «РЖД». –  2012. – №6. – С. 42 – 523. Bagayev S.N., Grachev G.N., Ponomarenko А.G., . Smirnov А.L, Demin V.N., Okotrub A.V., Baklanov А.M., Onischuk А.А. A new method of laser-plasma synthesis of nanomaterials. First results and prospects // Proceedings of SPIE .- Volume 6732. International Conference on Lasers, Applications, and Technologies 2007: Laser-assisted Micro- and Nanotechnologies. Editors: V. Panchenko, O.Louchev, S. Malyshev, 673201 (Jul. 25, 2007). Р.62-71.4. Стаценко П.А., Грачев Г.Н., Смирнов А.Л., Мякушина А.А. Исследование пространственных характеристик излучения мощной СО2-лазерной системы генератор-усилитель // Сб. докл. 22-й межд. конф. «Лазеры. Измерения. Информация – 2012». – Санкт–Петербург. – 2012. – Т. 2. – С. 168–176.5. Багаев С.Н., Грачев Г.Н., Демин В.Н., Смирнов А.Л., Смирнов, П.Ю., Смирнова Т.П. Лазерно-плазменный способ синтеза высокотвердых микро и наноструктурированных покрытий и устройство // Патент № RU 2 416 673 С2. Опубликован: 20.04.2011. Бюл. № 11.6. Багаев С.Н., Грачев Г.Н., Смирнов А.Л., Смирнов П.Ю. Способ модификации металлических поверхностей и устройство // Патент № RU 2 425 907 С2. Опубликован: 10.08.2011. Бюл. № 22.7. Макагон Л.Д., Токарев А.О., Грачев Г.Н., Смирнов А.Л. Исследование формирования структуры рабочей поверхности цилиндровых втулок судовых дизелей при лазерной обработке // Научные проблемы транспорта Сибири и дальнего Востока. – 2006. – Новосибирск, НГАВТ. – №1. – С. 194–198.8. Токарев А.О., Макагон Л.Д. Повышение антифрикционных свойств серого чугуна лазерной обработкой // Сибирский научный вестник / Новосибирский научный центр «Ноосферные знания и технологии» РАЕН. – Вып. X. – Новосибирск: Изд. НГАВТ. – 2007. – С. 50 – 55.9. Токарев А.О. Улучшение триботехнических характеристик серого чугуна лазерной обработкой // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2012. – №1 (54). – С. 69–73.10. Токарев А.О., Иванчик И.С., Иванчик С.Н., Макагон Л.Д., Гурин А.М. Улучшение триботехнических характеристик серого чугуна лазерной обработкой // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего востока. – 2012. – №1. – С. 287 – 291.11. Тюрин А.Г., Плотникова Н.В., Буров В.Г., Веселов С.В., Головин Е.Д. Влияние поверхностного упрочнения на показатели циклической трещиностойкости // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2008. – №1 (38). – С. 25 – 27.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».