مبدأ الكسوة بالليزر ومقدمة

عملية الكسوة: يمكن تقسيم الكسوة بالليزر تقريبًا إلى فئتين وفقًا لطريقة الإمداد لمواد الكسوة ، وهي كسوة بالليزر مسبقًا وكسوة بالليزر المتزامنة.

الكسوة بالليزر مسبقًا هي وضع مادة الكسوة على الجزء الكسوة من سطح الركيزة مقدمًا ، ثم استخدام تشعيع شعاع الليزر للمسح والذوبان. تتم إضافة مادة الكسوة في شكل مسحوق أو سلك ، وشكل المسحوق هو الأكثر استخدامًا.

الكسوة بالليزر المتزامنة هي إرسال مواد المسحوق أو الأسلاك في تجمع المنصهر بشكل متزامن من خلال الفوهة أثناء عملية الكسوة. تتم إضافة مادة الكسوة في شكل مسحوق أو سلك ، من بينها شكل المسحوق هو الأكثر استخدامًا.

العملية الرئيسية لتكسيد الليزر مسبقًا هي: المعالجة السطحية للركيزة --- مادة الكسوة المسبقة --- تسخين --- الكسوة بالليزر --- معالجة حرارية بعد.

التدفق الرئيسي للعملية لتكتل الليزر المتزامن هو: المعالجة السطحية لكسمة الركيزة --- التسخين --- الكسوة بالليزر المتزامنة --- معالجة ما بعد الحرارة.

وفقًا لتدفق العملية ، فإن العمليات المتعلقة بكسد الليزر هي بشكل أساسي طريقة المعالجة السطحية للركيزة ، وطريقة تغذية مادة الكسوة ، وتسخين التسخين والمعالجة الحرارية.

مبدأ عمل الليزر:

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

اختيار الليزر: تدعم أنواع الليزر السائدة عملية الكسوة بالليزر ، مثل ليزر ثاني أكسيد الكربون ، ليزر الحالة الصلبة ، ليزر الألياف ، ليزر أشباه الموصلات ، إلخ.

معلمات العملية

تشمل معلمات العملية لتكتل الليزر بشكل أساسي قوة الليزر ، قطر البقعة ، سرعة الكسوة ، كمية التدوير ، سرعة تغذية المسحوق ، سرعة المسح ، درجة حرارة التسخين ، إلخ. ودمج أجزاء الكسوة. تؤثر المعلمات أيضًا على بعضها البعض ، وهي عملية معقدة للغاية ، ويجب استخدام طرق التحكم المعقولة للتحكم في هذه المعلمات ضمن النطاق المسموح به لعملية الكسوة بالليزر.

الكسوة بالليزر لديها 3 معلمات عملية مهمة

قوة الليزر

كلما زادت قوة الليزر ، زادت كمية المعدن الكسوة المنصهرة ، وكلما زاد احتمال المسامية. مع زيادة قوة الليزر ، يزداد عمق طبقة الكسوة ، يتقلب المعدن السائل المحيط بعنف ، ويتبلور التصلب الديناميكي ، بحيث يتم تقليل عدد المسام تدريجياً أو حتى يتم التخلص منه ، وتقلل الشقوق تدريجياً. عندما يصل عمق طبقة الكسوة إلى عمق الحد ، مع زيادة الطاقة ، ترتفع درجة حرارة سطح الركيزة ، ويزيد تشوه ظاهرة التكسير. إذا كانت طاقة الليزر صغيرة جدًا ، فإن طلاء السطح يذوب فقط ، ولا يذوب الركيزة. في هذا الوقت ، يحدث التكسير المحلي على سطح طبقة الكسوة. حبوب منع الحمل ، الفراغات ، وما إلى ذلك ، تفشل في تحقيق الغرض من الكسوة السطحية.

قطر بقعة

شعاع الليزر دائري بشكل عام. يعتمد عرض طبقة الكسوة بشكل أساسي على القطر الفوري لحزمة الليزر ، ويزداد قطر البقعة ، وتصبح طبقة الكسوة أوسع. سوف تتسبب أحجام البقع المختلفة في توزيع الطاقة على سطح طبقة الكسوة ، وتختلف مورفولوجيا طبقة الكسوة التي تم الحصول عليها وخصائص البنية المجهرية تمامًا. بشكل عام ، تكون جودة طبقة الكسوة أفضل عندما يكون الحجم الفوري صغيرًا ، وتنخفض جودة طبقة الكسوة مع زيادة حجم البقعة. ومع ذلك ، فإن القطر الفوري صغير جدًا ، وهو ما لا يفضي إلى الحصول على طبقة الكسوة الكبيرة. [3]

سرعة الكسوة

سرعة الكسوة V لها تأثير مماثل على قوة الليزر P. إذا كانت سرعة الكسوة مرتفعة للغاية ،مسحوق السبائكلا يمكن ذوبانه تمامًا ، ولا يتم تحقيق تأثير الكسوة عالية الجودة ؛ إذا كانت سرعة الكسوة منخفضة للغاية ، فإن المسبح المنصهر موجودًا لفترة طويلة جدًا ، يتم الإفراط في البودرة ، وفقدت عناصر السبائك ، ومدخلات الحرارة للمصفوفة كبيرة. 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 لسلطة الليزر P ، قطره D وسرعة الكسوة V ، يُقترح مفهوم الطاقة المحددة ، أي:

es = p/(DV)

وهذا هو ، طاقة التشعيع لكل وحدة ، وعوامل مثل الليزركثافة الطاقةويمكن اعتبار سرعة الكسوة معًا.

يعد الحد من الطاقة المحددة مفيدًا لتقليل معدل التخفيف ، كما أن له علاقة معينة مع سمك طبقة الكسوة. في ظل حالة قوة الليزر الثابتة ، يتناقص معدل تخفيف طبقة الكسوة مع زيادة القطر الموضعي ، وعندما تكون سرعة الكسوة وقطر البقعة ثابتة ، يزداد معدل تخفيف طبقة الكسوة مع زيادة طاقة شعاع الليزر. بالإضافة إلى ذلك ، مع زيادة سرعة الكسوة ، يتناقص عمق ذوبان الركيزة ، وانخفاض معدل تخفيف طبقة الكسوة من مادة الركيزة.

في الكسوة متعددة التمريرات بالليزر ، يكون معدل التداخل هو العامل الرئيسي الذي يؤثرخشونة السطحمن طبقة الكسوة. عندما يزداد معدل التداخل ، تتناقص خشونة السطح لطبقة الكسوة ، ولكن يصعب ضمان توحيد الجزء المتداخل. يختلف عمق المنطقة المتداخلة بين مسارات الكسوة عن عمق مركز مسارات الكسوة ، مما يؤثر على توحيد طبقة الكسوة بأكملها. علاوة على ذلك ، سيتم فرض إجهاد الشد المتبقي من الكسوة متعددة المسارات ، مما سيزيد من قيمة الإجهاد الإجمالي المحلي ويزيد من حساسية صدع طبقة الكسوة. التسخين والتخفيف يمكن أن يقلل من ميل صدع طبقة الكسوة.