עקרון חיפוי לייזר ומבוא

תהליך חיפוי: ניתן לחלק באופן גס את חיפוי הלייזר לשתי קטגוריות לפי שיטת האספקה ​​של חומרי החיפוי, כלומר חיפוי לייזר מוגדר מראש וחיפוי לייזר סינכרוני.

חיפוי לייזר מוגדר מראש הוא להניח את חומר החיפוי על חלק החיפוי של משטח המצע מראש, ולאחר מכן להשתמש בקרינת לייזר כדי לסרוק ולהמס. חומר החיפוי מתווסף בצורת אבקה או חוט, וצורת האבקה היא הנפוצה ביותר.

חיפוי לייזר סינכרוני הוא לשלוח חומרי חיפוי אבקה או תיל לתוך הבריכה המותכת באופן סינכרוני דרך הזרבובית במהלך תהליך החיפוי. חומר החיפוי מתווסף בצורת אבקה או חוט, ביניהם צורת האבקה היא הנפוצה ביותר.

התהליך העיקרי של חיפוי לייזר מוגדר מראש הוא: טיפול מקדים של חיפוי משטח --- חומר חיפוי קבוע --- חימום מוקדם --- חיפוי לייזר --- לאחר טיפול בחום.

זרימת התהליך העיקרית של חיפוי לייזר סינכרוני היא: חיפוי מצע משטח טיפול מקדים --- חימום מוקדם --- חיפוי לייזר סינכרוני --- לאחר טיפול בחום.

על פי זרימת התהליך, התהליכים הקשורים לחיפוי לייזר הם בעיקר שיטת טיפול מקדים למשטח המצע, שיטת הזנת חומרי החיפוי, חימום מוקדם וטיפול בחום לאחר.

עקרון עבודה בלייזר:

הסט השלם של ציוד חיפוי לייזר מורכב מ: לייזר, יחידת קירור, מנגנון הזנת אבקה, שולחן עיבוד וכו'.

מבחר לייזרים: סוגי לייזר מיינסטרים תומכים בתהליך חיפוי לייזר, כגון לייזרים CO2, לייזרים מוצקים, לייזרים סיבים, לייזרים מוליכים למחצה וכו'.

פרמטרים של תהליך

פרמטרי התהליך של חיפוי לייזר כוללים בעיקר כוח לייזר, קוטר נקודתי, מהירות חיפוי, כמות דה-פוקוס, מהירות הזנת אבקה, מהירות סריקה, טמפרטורת חימום מוקדם וכו'. לפרמטרים אלו יש השפעה רבה על קצב הדילול של שכבת החיפוי, סדקים, חספוס פני השטח וקומפקטיות של חלקי חיפוי. הפרמטרים משפיעים גם זה על זה, שזה תהליך מסובך מאוד, ויש להשתמש בשיטות בקרה סבירות כדי לשלוט בפרמטרים אלו בטווח המותר של תהליך חיפוי הלייזר.

לחיפוי לייזר 3 פרמטרים חשובים בתהליך

כוח לייזר

ככל שעוצמת הלייזר גדולה יותר, כמות מתכת החיפוי המותכת גדולה יותר והסבירות לנקבוביות גדולה יותר. ככל שעוצמת הלייזר עולה, עומק שכבת החיפוי גדל, המתכת הנוזלית שמסביב מתנודדת בעוצמה, וההתמצקות הדינמית מתגבשת, כך שמספר הנקבוביות מצטמצם בהדרגה או אפילו נמחק, וגם הסדקים מצטמצמים בהדרגה. כאשר עומק שכבת החיפוי מגיע לעומק הגבול, ככל שההספק עולה, טמפרטורת פני המצע עולה, ותופעת העיוות והסדקים מתעצמת. אם עוצמת הלייזר קטנה מדי, רק ציפוי פני השטח נמס, והמצע אינו נמס. בשלב זה מתרחש סדקים מקומיים על פני שכבת החיפוי. פילינג, חללים וכו' אינם מצליחים להשיג את מטרת חיפוי פני השטח.

קוטר נקודה

קרן הלייזר היא בדרך כלל מעגלית. רוחב שכבת החיפוי תלוי בעיקר בקוטר הנקודה של קרן הלייזר, קוטר הנקודה גדל ושכבת החיפוי נעשית רחבה יותר. גדלי כתמים שונים יגרמו לשינויים בחלוקת האנרגיה על פני שכבת החיפוי, ותכונות המורפולוגיה של שכבת החיפוי והמיקרו-מבנה שונות בתכלית. באופן כללי, איכות שכבת החיפוי טובה יותר כאשר גודל הספוט קטן, ואיכות שכבת החיפוי יורדת ככל שגודל הספוט גדל. עם זאת, קוטר הנקודה קטן מדי, מה שלא תורם לקבלת שכבת חיפוי בשטח גדול. [3]

מהירות חיפוי

למהירות החיפוי V יש השפעה דומה להספק הלייזר P. אם מהירות החיפוי גבוהה מדי,אבקת הסגסוגתלא ניתן להמיס לחלוטין, ולא מושגת ההשפעה של חיפוי איכותי; אם מהירות החיפוי נמוכה מדי, הבריכה המותכת קיימת זמן רב מדי, האבקה נשרפת יתר על המידה, יסודות הסגסוגת אובדים, ותפוקת החום של המטריצה ​​גדולה. יגדיל את כמות העיוות.

פרמטרי חיפוי בלייזר אינם משפיעים באופן עצמאי על האיכות המקרוסקופית והמיקרוסקופית של שכבת החיפוי, אלא משפיעים זה על זה. על מנת להמחיש את ההשפעה המקיפה של כוח הלייזר P, קוטר הנקודה D ומהירות החיפוי V, מוצע הרעיון של אנרגיה ספציפית Es, כלומר:

Es=P/(DV)

כלומר, אנרגיית הקרינה ליחידת שטח, וגורמים כמו לייזרצפיפות הספקומהירות חיפוי יכולה להיחשב ביחד.

הפחתת האנרגיה הספציפית מועילה להפחתת קצב הדילול, ויש לה גם קשר מסוים עם עובי שכבת החיפוי. בתנאי של עוצמת לייזר קבועה, קצב דילול שכבת החיפוי יורד עם עליית קוטר הנקודה, וכאשר מהירות החיפוי וקוטר הנקודה קבועים, קצב דילול שכבת החיפוי עולה עם עליית עוצמת קרן הלייזר. בנוסף, ככל שמהירות החיפוי עולה, עומק ההיתוך של המצע יורד, וקצב הדילול של שכבת החיפוי מחומר התשתית יורד.

בחיפוי לייזר רב-מעבר, שיעור החפיפה הוא הגורם העיקרי המשפיעחספוס פני השטחשל שכבת החיפוי. כאשר קצב החפיפה עולה, החספוס פני השטח של שכבת החיפוי פוחת, אך קשה להבטיח את אחידות החלק החופף. עומק שטח החפיפה בין מסלולי החיפוי שונה מעומק מרכז מסלולי החיפוי, דבר המשפיע על אחידות שכבת החיפוי כולה. יתרה מכך, עומס המתיחה השיורי של חיפוי רב-מעבר יוצב מעל, מה שיעלה את ערך המתח המקומי הכולל ויגדיל את רגישות הסדקים של שכבת החיפוי. חימום מוקדם וטמפרור יכולים להפחית את נטיית הסדקים של שכבת החיפוי.