مبدأ الكسوة بالليزر والمقدمة

عملية الكسوة: يمكن تقسيم الكسوة بالليزر تقريبًا إلى فئتين وفقًا لطريقة توريد مواد الكسوة، وهي الكسوة بالليزر المعدة مسبقًا والكسوة بالليزر المتزامنة.

الكسوة بالليزر المحددة مسبقًا هي وضع مادة الكسوة على جزء الكسوة من سطح الركيزة مسبقًا، ثم استخدام شعاع الليزر للمسح والذوبان. تضاف مادة الكسوة على شكل مسحوق أو سلك، ويعتبر شكل المسحوق هو الأكثر استخداماً.

الكسوة بالليزر المتزامنة هي إرسال مواد الكسوة المسحوقة أو السلكية إلى المجمع المنصهر بشكل متزامن من خلال الفوهة أثناء عملية الكسوة. تضاف مادة الكسوة على شكل مسحوق أو سلك، ومن بينها شكل المسحوق هو الأكثر استخداماً.

العملية الرئيسية للكسوة بالليزر المحددة مسبقًا هي: المعالجة المسبقة لسطح الكسوة الركيزة --- مادة الكسوة المعدة مسبقًا --- التسخين المسبق --- الكسوة بالليزر --- المعالجة الحرارية اللاحقة.

تدفق العملية الرئيسي للكسوة الليزر المتزامنة هو: المعالجة المسبقة لسطح الكسوة الركيزة --- التسخين المسبق --- الكسوة الليزرية المتزامنة --- المعالجة الحرارية اللاحقة.

وفقًا لتدفق العملية، فإن العمليات المتعلقة بالكسوة بالليزر هي بشكل أساسي طريقة المعالجة المسبقة لسطح الركيزة، وطريقة تغذية مادة الكسوة، والتسخين المسبق والمعالجة الحرارية اللاحقة.

مبدأ عمل الليزر:

تتكون المجموعة الكاملة من معدات الكسوة بالليزر من: الليزر، وحدة التبريد، آلية تغذية المسحوق، طاولة المعالجة، إلخ.

اختيار أنواع الليزر: تدعم أنواع الليزر السائدة عملية تكسية الليزر، مثل ليزر ثاني أكسيد الكربون، وليزر الحالة الصلبة، وليزر الألياف، وليزر أشباه الموصلات، وما إلى ذلك.

معلمات العملية

تشتمل معلمات عملية الكسوة بالليزر بشكل أساسي على طاقة الليزر، وقطر النقطة، وسرعة الكسوة، وكمية إزالة التركيز، وسرعة تغذية المسحوق، وسرعة المسح، ودرجة حرارة التسخين المسبق، وما إلى ذلك. هذه المعلمات لها تأثير كبير على معدل تخفيف طبقة الكسوة، والشقوق، وخشونة السطح وضغط أجزاء الكسوة. كما تؤثر المعلمات على بعضها البعض، وهي عملية معقدة للغاية، ويجب استخدام طرق تحكم معقولة للتحكم في هذه المعلمات ضمن النطاق المسموح به لعملية الكسوة بالليزر.

تحتوي الكسوة بالليزر على 3 معلمات عملية مهمة

قوة الليزر

كلما زادت قوة الليزر، زادت كمية معدن الكسوة المنصهر، وزاد احتمال المسامية. ومع زيادة قوة الليزر، يزداد عمق طبقة الكسوة، ويتقلب المعدن السائل المحيط بعنف، ويتبلور التصلب الديناميكي، بحيث يقل عدد المسام تدريجيًا أو حتى يتم التخلص منها، كما تقل الشقوق تدريجيًا أيضًا. عندما يصل عمق طبقة الكسوة إلى العمق الحدي، مع زيادة الطاقة، ترتفع درجة حرارة سطح الركيزة، وتتكثف ظاهرة التشوه والتشقق. إذا كانت قوة الليزر صغيرة جدًا، فإن طلاء السطح فقط يذوب، ولا تذوب الركيزة. في هذا الوقت، يحدث تكسير محلي على سطح طبقة الكسوة. تفشل التزيين والفراغات وما إلى ذلك في تحقيق الغرض من تكسية السطح.

قطر البقعة

شعاع الليزر دائري بشكل عام. يعتمد عرض طبقة الكسوة بشكل أساسي على قطر البقعة لشعاع الليزر، ويزداد قطر البقعة، وتصبح طبقة الكسوة أوسع. سوف تتسبب أحجام البقع المختلفة في حدوث تغييرات في توزيع الطاقة على سطح طبقة الكسوة، كما أن مورفولوجيا طبقة الكسوة وخصائص البنية المجهرية التي تم الحصول عليها مختلفة تمامًا. بشكل عام، تكون جودة طبقة الكسوة أفضل عندما يكون حجم البقعة صغيرًا، وتقل جودة طبقة الكسوة مع زيادة حجم البقعة. ومع ذلك، فإن قطر البقعة صغير جدًا، وهو ما لا يفضي إلى الحصول على طبقة تكسية ذات مساحة كبيرة. [3]

سرعة الكسوة

سرعة الكسوة V لها تأثير مماثل لقوة الليزر P. إذا كانت سرعة الكسوة عالية جدًا،مسحوق السبائكلا يمكن صهرها بالكامل، ولا يتم تحقيق تأثير الكسوة عالية الجودة؛ إذا كانت سرعة الكسوة منخفضة جدًا، فإن المجمع المنصهر موجود لفترة طويلة جدًا، ويتم حرق المسحوق بشكل مفرط، ويتم فقدان عناصر السبائك، ويكون الإدخال الحراري للمصفوفة كبيرًا. سوف تزيد من كمية التشوه.

لا تؤثر معلمات الكسوة بالليزر بشكل مستقل على الجودة العيانية والمجهرية لطبقة الكسوة، ولكنها تؤثر على بعضها البعض. من أجل توضيح التأثير الشامل لقدرة الليزر P وقطر البقعة D وسرعة الكسوة V، تم اقتراح مفهوم الطاقة المحددة Es وهي:

وفاق = ف / (دف)

أي طاقة التشعيع لكل وحدة مساحة، وعوامل مثل الليزركثافة الطاقةويمكن اعتبار سرعة الكسوة معًا.

يعد تقليل طاقة معينة مفيدًا لتقليل معدل التخفيف، كما أن له علاقة معينة بسمك طبقة الكسوة. في حالة ثبات قوة الليزر، ينخفض ​​معدل تخفيف طبقة الكسوة مع زيادة قطر البقعة، وعندما تكون سرعة الكسوة وقطر البقعة ثابتين، يزداد معدل تخفيف طبقة الكسوة مع زيادة قوة شعاع الليزر. بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة سرعة الكسوة، ينخفض ​​عمق ذوبان الركيزة، وينخفض ​​معدل تخفيف طبقة الكسوة من مادة الركيزة.

في الكسوة الليزرية متعددة الممرات، يكون معدل التداخل هو العامل الرئيسي المؤثرخشونة السطحمن طبقة الكسوة. عندما تزداد نسبة التداخل، تقل خشونة سطح طبقة الكسوة، لكن من الصعب ضمان تجانس الجزء المتراكب. يختلف عمق المساحة المتداخلة بين مسارات الكسوة عن عمق مركز مسارات الكسوة مما يؤثر على تجانس طبقة الكسوة بأكملها. علاوة على ذلك، سيتم فرض إجهاد الشد المتبقي للكسوة متعددة الممرات، مما سيزيد من قيمة الإجهاد الإجمالي المحلي ويزيد من حساسية التشقق لطبقة الكسوة. يمكن أن يؤدي التسخين المسبق والتلطيف إلى تقليل ميل طبقة الكسوة إلى التشقق.