CZ301527B6

CZ301527B6 - Zpusob povrchového legování válcovité, cástecne válcovité nebo duté válcovité konstrukcní soucásti

Info

Publication number: CZ301527B6
Application number: CZ20013857A
Authority: CZ
Inventors: Fischer@Alexander; Kahn@Joachim; Josef Feikus@Franz
Original assignee: Vaw Aluminium Ag
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2010-04-07
Also published as: PL197479B1; EP1173304B1; BR0104705A; HUP0200880A2; CZ20013857A3; KR20020038576A; DE50106765D1; MXPA01010919A; PL350563A1; BR0104705B1; ATE299776T1; US6858262B2; US20020164436A1; JP2003525351A; AU781334B2; AU4242701A; WO2001064385A1; EP1173304A1; ES2246315T3; CA2370657A1

Abstract

Zpusob povrchového legování válcovité, cástecne válcovité nebo duté válcovité konstrukcní soucásti, pricemž se na povrch obrobku smeruje energetický paprsek s cárovou ozarovanou plochou, dále nazývanou cárové ohnisko, címž se povrch obrobku natavuje a do nataveného povrchu se privádí prášek tvrdého materiálu nebo slitiny, pricemž energetický paprsek se využívá pro vytvorení v zóne dopadu energetického paprsku lokálne ohranicené lázne taveniny s celem ohrátí a natavení, zóny rozpouštení a cela tuhnutí, spocívající v tom, že a) vedle energetického paprsku se prostrednictvím dopravního zarízení nanáší ve smeru síly tíže prášek tvrdého materiálu a koordinovane s posuvným pohybem obrobku se privádí v šírce, která odpovídá šírce cárového ohniska, pricemž se vytvárí výška vrstvy 0,3 až 3 mm, b) energetický paprsek o vlnové délce od 780 do 940 nm se využívá pro ohrívání prášku tvrdého materiálu, privádeného k povrchu obrobku v cele ohrevu lázne taveniny a ve styku se zkapalnelou matricovou slitinou se prášek ihned rozpouští v lázni taveniny, c) energetický paprsek, mající merný výkon alespon 10.sup.4.n. W/cm.sup.2.n., se využívá pro vyvolání konvekce v zóne rozpouštení pro urychlení procesu homogenizace v zóne tavení, pricemž d) cárové ohnisko pusobí na rozpouštecí zónu, až je tvrdý materiál v lázni taveniny rovnomerne rozložen, e) rovnomerne rozložený práškový materiál pred energetickým paprskem, který v zóne rozpouštení metalurgicky prešel do roztoku, se v cele tuhnutí podrobuje rízenému tuhnutí s vysokou rychlostí ochlazování 200 až 600 K/s pri rychlosti posuvu je 500 až 10 000 mm/min.

Description

Způsob povrchového legování válcovité, Částečné válcovité nebo duté válcovité konstrukční součásti

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu povrchového legování válcovité, částečně válcovité nebo duté válcovité konstrukční součásti, přičemž se na povrch polotovaru směruje energetický paprsek s Čárovou ozařovanou plochou, dále nazývanou čárové ohnisko, čímž se povrch polotovaru natavuje a do nataveného povrchu se přivádí prášek tvrdého materiálu nebo slitinový prášek, jakož i zařízení pro provádění tohoto způsobu.

Z WO 97/10067 je znám způsob povlékání kovových polotovarů, při kterém se prášek, obsahující kov, natavuje laserovým paprskem a poté se nanáší na povrch kovového polotovaru. Podle nároku 1 tohoto spisu se má prášek vést do tavící zóny koaxiálně s laserovým paprskem a rozdělovat ve formě 0,1 až 1 mm široké stopy po větší ploše.

Pro provádění známého způsobuje podle příkladu výhodného provedení ve WO 97/10067 zařízení pro přivádění prášku koaxiálně na zaostřovací hlavě laserového paprsku relativně pohyblivé ve směru tří os. Tato pohyblivost je však kvůli požadované regulační technice možné jen omezeně.

Pro povlékací zařízení použitelné v průmyslovém měřítku jsou šířky stopy 0,1 až 1 mm neekonomické a tříosově pohyblivá zařízené jsou příliš nákladná. Kromě toho, pomocí popsaného zařízení nemohou být bezprostředně povlékány věští plochy, jako například vnitřní pracovní plochy stěn válců.

Pro provádění povlékání na vnitřních plochách jsou známa zařízení pro zpracování pracovních ploch, sestávající z otáčivého upínacího zařízení pro blok válců, laserové opracovací jednotky s paprskovou hlavou, která je spojena se zařízením pro přívod prášku, a přesouvací jednotky, která polohuje blok válců před laserovou opracovací jednotkou, a z pohonu pro pohyb dopravní jednotky podéí osy přesunu.

Na takováto zařízení pro opracování pracovních ploch jsou kladeny vysoké požadavky na přesnost pokud jde o vyměření součástí zařízení a jejich odolnost proti opotřebení, aby bylo možno bloky motorů z nich vyrobené později opatřit zvlášť vyrobenými písty, a z cenových důvodů pokud možno upustit od nákladného dodatečného zpracování.

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu je vyvinout ekonomický, v průmyslovém měřítku použitelný způsob opracování povrchu pro válcovité nebo částečně válcovité tvary povrchu, kterým je výhodně vyrobitelný tribologicky optimalizovaný, tepelně opracovatelný dutý válcovitý polotovar. Nové zařízení pro provádění způsobu musí pracovat s vysokou přesností a umožňovat dobrou nastavitelnost pro různé parametry procesu.

Tento úkol je podle vynálezu řešen prostřednictvím znaků uvedených v patentových nárocích. V četných pokusech bylo zjištěno, že vysoké přesnosti a nízkého opotřebení zařízení pro opracování pracovních ploch a na něm vyrobených součástí je možno dosáhnout, když

1. upínací rovina upínacího zařízení je uspořádána paralelně ke směru paprsku laserové jednot55 ky,

-1CZ 301527 B6

2. laserová jednotka je posuvná kolmo k upínací rovině upínacího zařízení, přičemž směr paprsku kolmo k ose přesunuje orientován v úhlu a<45° k vektoru tíže, a

3. přívod prášku ústí buď přímo ve směru paprsku laserové jednotky, nebo (viděno ve směru posuvu) krátce před zónou dopadu paprsku.

Pro cenově příznivé opracování v zařízení pro opracování pracovních ploch sestává laserová opracovávací jednotka z více paprskových zařízení nebo ze zařízení s rozděleným paprskem, která je možno zavést do vrtání válce, přičemž na stěně válce je uspořádáno více zón opracování za sebou (viděno ve směru osy válce).

io

Výrobní kapacita zařízení pro opracování pracovních ploch může být zlepšena tím, že zařízení pro přivádění prášku sestává z více přiváděčích zařízení stejného počtu, kolik je zón opracování, která je možno zavést do vrtání válce, přičemž přiváděči otvory jsou uspořádány za sebou (viděno ve směru osy válce).

Způsob podle vynálezu spočívá v kombinaci

a) čárového zaostření se šířkou čáry napříč ke směru posuvu větší než 4 mm,

b) vysokoenergetíckého paprsku s vlnovou délkou 780 až 940 nm, a

c) přivádění prášku v poloze v úžlabí spolu směrným přívodem energie 5000 až 600 000

2o W/cm².

K řízenému rozdělení velikosti zrna Si a vytváření primárních krystalů křemíku při průměrech fází až 80 pm v eutekticky ztuhlé zbytkové slitině přispívá

d) rychlost chlazení 200 až 600 K/s.

Krok způsobu e) znamená, že tvrdý materiál, např. křemík, musí být v lázni taveniny zcela rozpuštěn.

Doba je závislá na měrném výkonu laseru. Jestliže působí čárové ohnisko příliš dlouho, dochází ke vzniku pórů v důsledku odpařování hliníku, resp. matricové slitiny, a tvrdé materiály se mohou shlukovat.

Rychlost posuvu musí podle kroku f) způsobu být pod 10 000 mm/min, neboť jinak vstupující energie nestačí pro vstup tvrdého materiálu do taveniny. Při daném výkonu se laserový paprsek absorbuje v matrici s výtěžkem energie 40 až 60 %. Při příliš vysoké rychlosti chlazení >600 K/s nedostačuje doba rozpouštění pro tvrdý materiál, pod 200 K/s vznikají praskliny v legovací zóně, neboť příliš mnoho tvrdého materiálu přechází do roztoku.

Podle výhodného provedení vynálezu je možno použít více energetických paprskových jednotek jako dalších parametrů pro řízení vlastností struktury prostřednictvím místně měnitelných rychlostí ochlazování.

Tím jsou nastavitelné místně rozdílné tvrdosti povrchu, které umožňují čistě mechanické další zpracování a finalizaci. Když je tvrdost povrchu větší než 160 HV, může být honován diamanto45 vým materiálem bez vzniku rýh a bez mazání. Přitom v dalším kroku opracování se křemíkové primární krystaly nebo jiné tvrdé materiály o průměru >1 pm na povrchu čistě mechanicky uvolňují při odstraňování <1 pm.

Podle výhodného příkladu provedení může být na legovaný povrch směrováno čárové ohnisko so postupně ve dvojité stopě (vztaženo na směr posuvu), takže je možné částečně tepelné opracování tvrzením, rekrystalizací, prodloužením doby vylučování, homogenizaci a zvětšením výměšků.

-2CZ 301527 B6

Podle dalšího výhodného případu využití se může také prášková složka nanášet ve dvojité stopě, takže jsou možná různá složení a rychlosti nanášení, např. vytváření gradientových materiálů s řízeným vytvářením slitiny.

Pro najíždění a odstavování povlékacího zařízení mohou být s výhodou použity regulovatelné clony, které slouží ke zvětšení nebo zmenšení šířky čárového ohniska, viděno ve směru posuvu.

Na rozdíl od známého povlékacího zařízení podle DE 198 17 091 (NUTECH/VAW Motor GmbH) se pracuje se zařízením pro vyzařování energetického paprsku pohyblivým v jedné ose a io s konstrukční součástí pohyblivou ve více osách. Přitom je zvláště výhodné, když je rychlost otáčení polotovaru měnitelná, aby bylo možno uskutečnit strukturu s hrubou fází (pomalým otáčením) nebo strukturu s jemnými buňkami či jemnou fází (rychlejším otáčením).

Jak již bylo zmíněno, dvojitá stopa může být použita k zalegování různých typů legur. Prášek se může na povrch polotovaru nanášet prostřednictvím příslušně tvarované práškové štěrbinové trysky jednostupňově (jeden paprsek prášku) nebo vícestupňové (více proudů prášku). Šířka čárového ohniska je alespoň 4 mm, s výhodou 5 až 15 mm.

Zvláštnost způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že je možno získat různé hloubky proniknutí,

100 až 2500 pm, prostřednictvím změn rychlosti posuvu a/nebo prostřednictvím přívodu energie na plochu. Pro zlepšení absorpce se s výhodou použije diodový laser s vlnovou délkou v oblasti uvedené v nárocích, který ve spojení s předem naneseným práškem tvrdého materiálu a práškem obsahujícím tvrdý materiál, zejména Si nebo prášku obsahujícím Si, umožňuje vynikající přívod tepla do hloubky konstrukční součásti.

Přehled obrázků na výkresech

V následujícím bude vynález blíže objasněn na základě několika příkladů provedení. Na výkre30 šech představuje

Obr. 1 příčný řez zařízením pro opracování pracovních ploch podle vynálezu při opracování bloku válců,

Obr. 2 podélný řez zařízením pro opracování pracovních ploch podle vynálezu při vjíždění do bloku řadového čtyřválcového motoru,

Obr. 3-5 výřez X podle obr. 2 ve zvětšeném znázornění,

Obr. 6 příčný řez analogický obr, 1 se dvěma paprskovými hlavami,

Obr. 7 schematické znázornění pro objasnění způsobu výroby podle vynálezu,

Obr. 8 podélný řez zařízením pro opracování pracovních ploch podle vynálezu s přívodem prášku prostřednictvím vibračního dopravníku,

Obr. 9 řez podél čáry AA z obr. 8,

Obr. 10 zvětšený výřez Y z obr. 8,

Obr. 11 princip šnekového dopravníku analogického obr. 1,

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je v upínacím zařízení 1 upnut blok 2 válců řadového čtyřválcového motoru tak, že podélná osa řadového motoru směřuje ve směru tíže.

Laserová opracování jednotka 3 zasahuje paprskovou hlavou 4 do vrtání bloku 2 válců. Paprsková hlava je posuvná ve směru osy 10 přesunu (kolmo k rovině výkresu).

-3CZ 301527 B6

Z paprskové hlavy 4 vystupuje ve směru tíže laserový paprsek, který v zóně 12 dopadu paprsku dopadá na povrch stěny vílce a tam vytváří zónu ii ohřevu, zónu 12 tavení a zónu Ji tuhnutí.

V oblasti zóny dopadu paprsku ústí také zařízení 5 pro přívod prášku, kterým se proud 9 prášku přivádí buď přímo ve směru paprsku, nebo - viděno ve směru posuvu - krátce před bodem dopadu laserového paprsku na opracovávanou stěnu válce. Nanášením prášku mohou být ovlivňovány vlastnosti struktury jak ze strany slitiny, tak také způsobem vytváření struktury. To se provádí např. prostřednictvím druhu a množství přiváděného prášku.

io V neznázoměné variantě může být do vrtání válců zavedeno současně více zařízení pro přivádění prášku. Také laserové opracování se může provádět prostřednictvím více paprskových hlav současně.

Obr. 2 představuje zařízení pro opracování pracovních ploch, vytvořené podle vynálezu v řadovém Čtyřválcovém motoru. Znázorňuje blok 2 válců v podélném řezu, tedy kolmo k rovině zobrazení podle obr. 1. Upínací zařízení 1 je uspořádáno na upínacím stole a otáčivém talíři, který je spojen s pohonem 6 pro pohyb přesouvací jednotky podél osy K) přesunu.

Směr 6a šipky udává, ve kterém smyslu se blok 2 motoru při opracování otáčí. Přitom je důležité, že zařízení 5 pro přivádění prášku je umístěno před laserovou hlavou 4, jak je znázorněno na obr. 2, výřez X.

Vyjížděcí pohyb laserové hlavy 4 do vrtání válce se provádí prostřednictvím vřetena 7. Osová paralelnost mezi osou vrtání válce a osou K) otáčení je důležitá pro dodržení výrobních tolerancí.

Je zajištěna prostřednictvím sáňkových vodítek 7a, 7b, na kterých laserová opracovací jednotka 3 přes příslušné protikusy vjíždí a vyjíždí z bloku 2 válců.

Zvětšené výřezy podle obr, 3 až 5 znázorňují ještě jednou zónu 9/ΐ 1 ohřevu, zónu 12 tavení a zónu 13 tuhnutí ve zvětšeném měřítku. Plošné rozprostření jednotlivých zón, resp. oblastí, může být ovlivněno rychlostí otáčení bloků 2 válců, pohybem přesouvací jednotky podél osy JO přesunu a počtem zařízení pro opracování laserem, resp. paprskových zařízení, jakož i počtem zařízení pro přivádění prášku.

Zatímco na obr. 3 je jen jedna ozařovaná skvrna 8 pro jednoduchou laserovou paprskovou hlavu

4, obr. 4 představuje dvě ozařované skvrny 8a, 8b. K tomu je laserová opracovací jednotka opatřena dvěma paprskovými zařízeními podle nároku 13.

Na obr. 5 je znázorněna dvojitá stopa se dvěma přesazenými ozařovanými skvrnami 8a, 8b a vždy dvěma čely J2, 13 tavení a tuhnutí. Tato varianta vyžaduje vícenásobný přívod prášku, jak je popsáno v nároku J_4 a znázorněno na obr. 6. Vztahovými značkami 9/11 je označen přívod prášku do prédehřívací zóny. Protože paprskové hlavy 4.1 a 4.2 se mohou otáčet, jsou znázorněny úhly a,! a 02 otočení.

Na obr. 7 je schematicky znázorněn způsob výroby povrchově legované válcovité nebo částečně válcovité konstrukční součásti podle vynálezu. Spočívá v tom, že nejprve se na povrch polotovaru směruje energetický paprsek s čárovou ozařovanou plochou (také nazývanou čárové ohnisko). Přitom se povrch polotovaru natavuje a do nataveného povrchu se přivádí prášek tvrdého materiálu nebo slitinový prášek.

so Jak znázorňuje obr. 7, tvoří se v zóně dopadu energetického paprsku lokálně ohraničená lázeň taveniny s čelem 20 ohřátí a natavení, zóna 21. rozpouštění či přetavení a čelo 22 tuhnutí.

Vedle energetického paprsku 23 se na povrch konstrukční součásti 26 nanáší ve směru síly tíže množství 24 prášku. Množství prášku 24 je koordinováno s posuvným pohybem 27 polotovaru nebo konstrukční součásti 26, přičemž šířka proudu prášku napříč k rovině zobrazení obr. 7 při-4CZ 301527 B6 bližně odpovídá šířce energetického paprsku 23 (rovněž měřeno v příčném směru k rovině zobrazení).

Z obr. 7 je zřejmé, že množství prášku přiváděné na povrch polotovaru se v čele tuhnutí zahřívá a později se v energetickém paprsku 23 rozpouští v lázni taveniny. Pokusy ukázaly, že při vlnové délce 780 až 940 nm se energetický paprsek optimálně absorbuje, takže se prášek rychle zahřívá a v kontaktu s kapalnou matricovou slitinou se rozpouští v tavenině.

Jak naznačuje šipka 28 na obr. 7, v zóně rozpouštění nastává konvekce, která urychluje proces io homogenizace v zóně tavení. To je umožněno prostřednictvím energetického paprsku s měrným výkonem alespoň 10⁴ W/cm². Na leštěných snímcích je zřejmé, že prášek tvrdého materiálu nebo slitiny je v lázni taveniny rovnoměrně rozdělen jen tehdy, když čárové ohnisko působilo dostatečně dlouho na zónu rozpouštění. Přesné hodnoty je možno stanovit pokusem.

Rovnoměrně v tavenině rozdělený práškový materiál se pak v zóně 22 tuhnutí podrobuje řízenému tuhnutí s rychlostí ochlazování v čele tuhnutí 200 až 600 K/s, přičemž rychlost posuvu je 500 až 10 000 mm/min. V jedné variantě způsobu podle vynálezu se prášek dopravuje na povrch konstrukční součásti v proudu plynu, takže určité množství prášku může vnikat do zóny natavení účinkem kinetické energie.

Další pokusy ukázaly, že energetický paprsek se s výhodou před zónou dopadu rozděluje, přičemž první dílčí paprsek je směrován do zóny ohřevu a natavení a druhý dílčí paprsek je směrován do zóny ohřevu a natavení a druhý dílčí paprsek je směrován za čelo tuhnutí pro tepelné zpracování struktury. Tímto způsobem je možno cíleně řídit vytváření struktury. Zařízení pro provádění způsobu je znázorněno na obr. 6.

Další řízení struktury je možné tím, že energetický paprsek je v Čele tuhnutí směrován na povrch polotovaru přerušovaně s měrným výkonem <1 kW/mm². Přitom bylo zjištěno, že doba účinku energetického paprsku v lázni taveniny pro rozpuštění a homogenní rozdělení fází tvrdého mate30 riálu nebo intermetalických fází je 0,01 až 1 sekunda.

Uvedené požadavky byly splněny prostřednictvím diodového laseru o výkonu > 3 kW, který má nastavitelnou šířku čárového ohniska. Tím je možno před začátkem a na konci povlékání zmenšit šířku čárového ohniska energetického paprsku napříč směru posuvu. Analogickým způsobem je ovladatelné také množství prášku, takže při plošném zpracování mohou být nastaveny jen malé přesahy přiváděného množství prášku, resp. vyzařované energie.

Pokud je polotovar vytvořen jako dutý válec, měl by s výhodou rotovat, v poloze v úžlabí, kolem energetického paprsku směřujícího shora dolů, takže energetický paprsek, který je vzhledem ke směru rotace pevně umístěn, vykonává během rotace kontinuální posuv ve směru osy rotace pro vytvoření plošné legovací zóny. To je zřejmé z dále vysvětlených obr. 8 až 11, které znázorňují otáčivý stůl 31, upínací zařízení 32, blok 33 motoru s vrtáním 34 válců.

Přes vibrační dopravník 30 nebo šnekový dopravník 38 se práškový materiál dopravuje ze zásob45 niku 41 prášku do vrtání 34 válce. Předem uložená vrstva 35 prášku má výšku HP, přičemž vibrační dopravník 30 je uspořádán v odstupu HA nad válcem, ležícím v poloze pro zpracování v úžlabí.

Vibrační dopravník 30 má vibrační zařízení 40 s frekvencí f. Pro vyvolávání vibrací je na vib50 rační dopravník díle upevněn spojovací prvek 42.

Prostřednictvím diodového laseru 43 a laserové optiky 44 se energetický paprsek ohýbá a zaostřuje a vede na vrtání 34 válce. Vibrační dopravník 30 a diodový laser 43 jsou upevněny na montážní desce 46, která spočívá na posuvových sáňkách 45. Posuvové sáňky 45 mohou vjíždět a vyjíždět z vrtání 34 válce pomocí lineárního pohonu. To je naznačeno na obr. 8 dvojitou Šipkou.

-5CZ 301527 B6

Podle obr. 9 je průměr 47 laserové optiky dimenzován tak, že ve vrtání 34 válce zůstává ještě místo pro dopravník 30. Protože válec se opracovává v poloze v úžlabí, vystupuje laserový paprsek z laserové optiky 44 shora dolů, přičemž na stěně válce se jeví šířka 50 stopy laserového paprsku. Vedle stopy laseru se předem ukládá prášek v šířce 49 stopy. Vztahovou značkou 48 je označen průměr vrtání válce.

Pro provádění způsobu byla vyvinuta zařízení, vhodná pro opracování polotovarů a konstrukčních součástí v průmyslovém měřítku. K tomu sestává zařízení podle obr. 8 z upínacího zařízení io 32, na kterém je blok 33 motoru uspořádán pomocí kolíčkových otvorů a/nebo opracovávaných ploch. Na opracovávané plochy vjíždějí ve směru osy válce energetická paprsková zařízení a jsou směrována zaostřovatelnou paprskovou hlavou a přívodem prášku na opracovávané plochy. Jako zvlášť výhodné se ukázalo, když je energetický paprsek zaveditelný do polotovaru, který je pomocí upínacího zařízení 32 uspořádán na otáčivém stole 31, přičemž energetický paprsek je směrován jako čárové ohnisko z diodové laserové optiky 44 kolmo k polotovaru, např. bloku 33 motoru, rotujícímu v poloze úžlabí.

Jestliže je na opracovávanou plochu polotovaru rotujícího v poloze v úžlabí směrováno navzájem přesazené více energetických paprskových jednotek, měla by energetická paprsková jednotka probíhat přes opracovávanou plochu v řádcích. Přitom vzniká plošná legovací zóna, která může být dimenzována vždy podle omezovač ího prvku zařízení a/nebo otáčivým pohybem konstrukční součásti.

S výhodou přejíždějí energetické paprskové jednotky více řádků opracovávané plochy současně.

Tím je zkrácena doba opracování a opracovávané povrchy jsou rovnoměrnější.

Alternativa přívodu prášku znázorněného na obr. 1 až 6 prostřednictvím jedné nebo více trysek bude objasněna dále. Přitom se jedná o přívod prášku pomocí šnekového dopravníku nebo vibračního zařízení, které se osvědčilo zejména při vysokých teplotách a úzkých vrtáních válců.

Vyzařování tepla při vysokých výkonech laseru je velmi intenzivní, takže obvyklé materiály trysek, které jsou uspořádány v blízkosti zóny dopadu záření, neodolávají vysokým teplotám nebo erodují. Kromě toho je prášek proudící přes trysku pod vysokým tlakem a má silný účinek na proudění plynu uvnitř opracovávaného vrtání válce. S prouděním plynu se mění úroveň teploty a hustota ochranného plynu, takže efektivita laseru podléhá silným výkyvům.

Pomocí vibračního dopravníku 30 je možno tyto podmínky podstatně lépe řídit. Úroveň teploty a ochranná atmosféra není při přívodu prášku přes šnekový dopravník ovlivněna. Pro dopravník mohou být využity vysoce pevné a teplotě odolné materiály, takže ani dlouhodobý účinek teploty nevyvolává žádné únavové jevy ani erozní efekty.

Opracování vrtání 34 válce v poloze v úžlabí je s přívodem prášku prostřednictvím vibračního dopravníku zvláště efektivní, když se provádí s předem uloženou vrstvou HP prášku podle nároku 1, kroku b).

Samozřejmě je možno použít také jiná dopravní zařízení, jako např. šnekové dopravníky, pásové dopravníky nebo podobně.

Ty mají proti dopravě prášku tryskou tu výhodu, že stopa s šířkou ohniska laseru a výška resp. so tloušťka vrstvy jsou přesně nastavitelné mezi 0,3 až 3 mm.

Aby bylo možno přesně řídit dávkovači prášku, jsou v oblasti zóny nanášení s výhodou uspořádány mechanické stěrky nebo kartáče. Tím je možno libovolně řídit množství materiálu v šířce a výšce. Tloušťka vrstvy naneseného prášku se s výhodou udržuje v oblasti 0,3 až 3 mm, přičemž pro větší tloušťku vrstvy je potřebná vyšší hustota energie laseru.

-6CZ 301527 B6

Podstatným faktorem pro absorpci energie laseru v práškovém materiálu je spektrum zrnitosti a tvar krystalů použitého prášku.

Pro provádění v průmyslovém měřítku byl vyvinut diodový laser 43 s laserovou optikou 44. uspořádaný vzhledem ke směru otáčení konstrukční součásti v pevné poloze uvnitř otáčivého upínacího zařízení 32 spojeného s hnací jednotkou. Diodový laser s optikou zajíždí do vrtání 34 válce prostřednictvím posuvových sáněk 45 spolu se zařízením pro přívod prášku, které je uspořádáno bočně vedle energetického paprsku. Je také možné prášek ukládat prášek na povrchy proti io paprsku. To se podle obr. 8 provádí pomocí dopravníku 30, kterým se prášek volně nasypává ve směru tíže. Vzniká tak předem uložená vrstva prášku 35, přičemž na obr. 9 je znázorněna výstupní výška HA dopravníku.

Pro vytvoření spirálovitých nebo jiných geometrických vedení čárového ohniska by pohonná jednotka otáčivého stolu 31 měla umožňovat měnitelný počet otáček. Přitom se může posuv sáněk 45 diodového laseru 43 a přívod prášku ve směru rotační osy kombinovat s rychlostí otáčení bloku 33 motoru.

Na obr. 10 a 11 vytváří vibrační dopravník 30 nebo šnekový dopravník 38 výšku HP prášku, přičemž odstup od dopravníku je označen HA. Uvnitř vrtání 34 válce s průměrem 48 se nachází laserová optika 44. obojí se pohybuje ve směru šipky na posuvových sáňkách 45.

Popsaným způsobem jsou povrchově íegovatelné válcovité nebo částečně válcovité, zejména duté válcovité konstrukční součásti. Sestávají ze slitiny hliníkové matrice a zóny výměšků ze slitiny na bázi hliníku s vyloučenými tvrdými fázemi dosahující až na povrch konstrukční součásti. Mezi matricí a zónou výměšků se nachází eutektická zóna, přesycená primárními tvrdými fázemi (zóna přesycení), přičemž tvrdost stupňovitě narůstá od matrice až k povrchu konstrukční součásti. Zvláště výhodných poměrů je možno dosáhnout, když je matricová slitina typu AISiCu nebo AISiMg podeutektická, a v přesycené, eutektické přechodové zóně se nachází slitina typu

AISi s jemně vyloučenými fázemi primárního křemíku menším než 1 pm, zatímco ve výměskové zóně jsou přítomny fáze primárního křemíku 2 až 20 pm. Pak je možno dosáhnout nárůstu tvrdosti až k povrchu konstrukční součásti alespoň 200 %.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

40 1. Způsob povrchového legování válcovité, částečně válcovité nebo duté válcovité konstrukční součásti, přičemž se na povrch obrobku směřuje energetický paprsek s čárovou ozařovanou plochou, dále nazývanou čárové ohnisko, čímž se povrch obrobku natavuje a do nataveného povrchu se přivádí prášek tvrdého materiálu nebo slitiny, přičemž energetický paprsek se využívá pro vytvoření v zóně dopadu energetického paprsku lokálně ohraničené lázně taveniny s čelem ohřátí

45 a natavení, zóny rozpouštění a čela tuhnutí, vyznačující se tím, že

a) vedle energetického paprsku se prostřednictvím dopravního zařízení nanáší ve směru síty tíže prášek tvrdého materiálu a koordinovaně s posuvným pohybem obrobku se přivádí v šířce, která odpovídá Šířce čárového ohniska, přičemž se vytváří výška vrstvy 0,3 až 3 mm,

50 b) energetický paprsek o vlnové délce od 780 do 940 nm se využívá pro ohřívání prášku tvrdého materiálu, přiváděného k povrchu obrobku v čele ohřevu lázně taveniny a ve styku se zkapalnělou matricovou slitinou se prášek ihned rozpouští v lázni taveniny,

c) energetický paprsek, mající měrný výkon alespoň 10⁴ W/cm², se využívá pro vyvolání konvekce v zóně rozpouštění pro urychlení procesu homogenizace v zóně tavení,

-7CZ 301527 B6 přičemž

d) Čárové ohnisko působí na rozpouštěcí zónu, až je tvrdý materiál v lázni taveniny rovnoměrně rozložen,

e) rovnoměrně rozložený práškový materiál před energetickým paprskem, který v zóně roz5 pouštění metalurgicky přešel do roztoku, se v čele tuhnutí podrobuje řízenému tuhnutí s vysokou rychlostí ochlazování 200 až 600 K/s při lychlosti posuvu je 500 až 10 000 mm/min.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že práškem tvrdého materiálu v krocích a) až e) je křemíkový prášek s průměrem zrna 40 až 90 pm.
3. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že energetický paprsek se před zónou dopadu rozděluje, přičemž první dílčí paprsek je směrován do zóny ohřevu a natavení a druhý dílčí paprsek je směrován za čelo tuhnutí pro tepelné zpracování struktury.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že druhý dílčí energetický paprsek za čelem tuhnutí je pro řízení struktury výměšků směrován na povrch obrobku s měrným výkonem < 1 kW/mm².

20
5. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že lázeň taveniny pro rozpuštění a homogenní rozložení primárních vyloučených Si—fází je vystavena působení energetického paprsku po dobu od 0,01 do 1 sekundy.
6. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že pro

25 vytváření energetického paprsku se použije diodového laseru o výkonu > 3 kW s měnitelnou optikou pro nastavení šířky čárového ohniska 4 až 15 mm.
7. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že před začátkem a na konci povlékání se zmenší šířka Čárového ohniska energetického paprsku a množ30 ství prášku napříč ke směru posuvu.
8. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že obrobek je vytvořen jako dutý válec a během povlékání rotuje kolem energetického paprsku směřujícího shora dolů, přičemž energetický paprsek, který je vzhledem ke směru rotace pevně umístěn,

35 vykonává během rotace kontinuální posuvný pohyb ve směru osy rotace pro vytvoření plošné legovací zóny.
9. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že na začátku legování se uplatňuje ovladatelný otvor pro prodlužování nebo zkracování lineární

40 ohniskové šířky při pohledu ve směru přivádění, přičemž energetický paprsek je bodový a spolu s množstvím prášku se kontinuálně zvětšuje, až po jednom otočení obrobku dosáhne plné Šířky čárového ohniska.
10. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že na konci

45 legování během posledního otočení obrobku se uplatňuje ovladatelný otvor pro prodlužování nebo zkracování lineární ohniskové šířky při pohledu ve směru přivádění, přičemž šířka Čárového ohniska a množství prášku se kontinuálně zmenšuje na nulu.
11. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že se opra50 covává dutý válec ze slitiny Al nebo Mg o průměru vrtání 60 až 120 mm v hloubce až 200 mm.