Октябрь 6th, 2013
Картина процесса оказывается следующей. На металл падает лазерное излучение. При этом в газе происходит оптический пробой и образуется плазма, которая впоследствии расширяется, поглощая лазерное излучение. Именно эта плазма воздействует на металлическую поверхность. При давлении азота, не превышающем 50 атм поверхности мишеней разрушаются лазерным излучением, так как образующаяся в этих случаях плазма недостаточно плотна, чтобы экранировать их от излучения. С целью изучения этих процессов в Институте прикладной математики был выполнен вычислительный эксперимент, использовавший данные натурного эксперимента, проведённого в Институте металлургии АН России.
Решение этой задачи потребовало построения сложной математической модели и применения эффективных вычислительных алгоритмов. Оказалось, что при повышении давления до 100 атм вблизи поверхности образуется относительно холодная зона. В отдаленных от поверхности слоях плотная плазма не пропускает лазерное излучение, и тепловое воздействие на металл осуществляется только за счет собственного излучения плазмы, интенсивность которого в несколько раз ниже исходной. Именно в этом случае образуется обладающий повышенной твердостью нитридный слой.
Смотреть сказку о машинах можно здесь, пройдя по ссылке.
Однако повышение давления до 100 атм вызывает значительные технологические трудности. Поэтому в процессе математического моделирования была поставлена задача найти режимы, при которых мягкое воздействие на металл происходило бы при пониженном давлении. Расчеты показали, что этот режим связан с формой импульса лазерного излучения. Оказывается, если мощность импульса выбрать не постоянной, а снижать по некоторому закону, то упрочнение металла можно осуществлять и при давлении азота 30 атм. Использование этого результата математического моделирования открывает возможность вести лазерно-плазменную обработку при достаточно удобных с технической точки зрения начальных давлениях.
