A lézertechnológia régóta ismert a hegesztésben, vágásban és jelölésben való széleskörű használatáról. Az elmúlt két évben a lézeres tisztítás fokozatos elterjedésével a lézeres felületkezelés fogalma egyre inkább az emberek figyelmének középpontjába került, és megjelent az emberek fejében. A lézeres feldolgozás érintésmentes, rendkívül rugalmas, nagy sebességű és zajmentes, kis hőhatás zónával, nem károsítja az aljzatot, nem tartalmaz fogyóeszközöket, környezetbarát és alacsony szén-dioxid-kibocsátású.
A lézeres tisztításon túlmenően a lézeres felületkezelésnek számos alkalmazási kategóriája van, mint például lézeres polírozás, lézeres burkolat, lézeres kioltás stb. Ezeket a módszereket az anyag felületének specifikus fizikai és kémiai tulajdonságainak megváltoztatására használják, például a felületkészítési folyamatot. hidrofób, vagy lézerimpulzusok segítségével kis mélyedéseket generálnak, amelyek átmérője körülbelül 10 mikron, és mélysége csak néhány mikron, hogy növelje az érdességet és javítsa a felületi tapadást.
A lézeres tisztításon kívül ismeri az alábbi lézeres felületkezelési módszereket?
01. Lézeres kioltás
A lézeres kioltás az egyik megoldás a nagy igénybevételnek kitett összetett alkatrészek feldolgozására. A nagy kopású alkatrészeket, például vezérműtengelyeket és hajlítószerszámokat nagyobb igénybevételnek ellenáll, és meghosszabbítja az élettartamot.
Elve a szénatomok átrendezése a fémrácsban (ausztenizáció) úgy, hogy a széntartalmú munkadarab felületét valamivel az olvadási hőmérséklet alá melegítik (900-1400 fok a besugárzási teljesítmény 40%-a nyelődik el), majd a lézersugár az előtolás iránya mentén stabilan felmelegíti a felületet. A lézersugár mozgása során a környező anyag gyorsan lehűl, és a fémrács nem tud visszanyerni eredeti formáját, ezáltal martenzit képződik, ami jelentősen megnöveli a keménységet.
A szénacél külső rétegének lézeres edzéssel elért edzési mélysége általában 0.1-1,5 mm, és egyes anyagokon 2,5 mm vagy több is lehet. A hagyományos oltási módszerekkel összehasonlítva előnyei a következők:
1. A célhőbevitel ugyanarra a területre korlátozódik, így a feldolgozás során szinte nincs komponens vetemedés. Az utómunkálati költségek csökkennek, vagy akár teljesen megszűnnek:
2. Bonyolult geometriai felületeken és precíziós alkatrészeken is keményedhet, és olyan lokálisan korlátozott funkcionális felületeken is precíz keményedést érhet el, amelyeket hagyományos edzési módszerekkel nem lehet kioltani:
3. Nincs torzítás. A hagyományos edzési eljárások a nagyobb energiabevitel és a kioltás miatt deformációkat eredményeznek, de a lézeres edzési eljárásoknál a lézertechnológia és a hőmérsékletszabályozás révén a hőbevitel pontosan szabályozható. Az alkatrész szinte eredeti állapotában maradt:
4. Az alkatrész keménységi geometriája "azonnal" megváltoztatható. Ez azt jelenti, hogy nincs szükség optika/az egész rendszer átalakítására.
02. Lézeres textúra
A lézeres textúra a fémanyagok felületmódosításának egyik módja. A strukturálási folyamat során a lézer szabályosan elrendezett geometriákat hoz létre a rétegben vagy a szubsztrátumban a műszaki tulajdonságok célzott megváltoztatása és új funkciók kialakítása érdekében. Az eljárás nagyjából annyi, hogy lézersugárzást (általában rövid impulzusú lézereket) használnak, hogy reprodukálható módon szabályosan elrendezett geometriákat hozzanak létre a felületen. A lézersugár ellenőrzött módon olvasztja meg az anyagot, és megfelelő folyamatkezeléssel meghatározott szerkezetté szilárdul.
Például egy hidrofób felületi szerkezet lehetővé teszi a víz lefolyását a felszínről. Ezt a tulajdonságot úgy érhetjük el, hogy ultrarövid impulzusú lézerekkel szubmikron struktúrákat hozunk létre a felületen, a lézerparaméterek változtatásával pedig pontosan szabályozható a létrehozandó szerkezet. Ezzel ellentétes hatás, például hidrofil felület is elérhető:
Gépjármű-panelek festéséhez a vékony lemez felületén egyenletesen kell elosztani a "mikrogödröket", hogy javítsák a festék tapadását. Egy másodpercenként ezer-tízezerszeres frekvenciájú impulzusos lézersugár fókuszálódik, és beesik a görgő felületére. A gördülő felületen a fókuszpontban egy apró olvadékmedence képződik. Ezzel egyidejűleg az apró olvadékmedencét oldalra fújják, hogy az olvadékmedencében lévő olvadék a megadott követelményeknek megfelelően a lehető legnagyobb mértékben felhalmozódjon az olvadékmedence szélére, és ív alakú kiemelkedést képezzen. Ezek a kis kiemelkedések és mikrogödrök nemcsak az anyag felületének érdességét és a festék tapadását növelhetik, hanem az anyag felületi keménységét és az élettartamot is növelhetik.
Egyes jellemzőket lézeres strukturálás generál, például egyes fémanyagok súrlódási jellemzőit vagy elektromos és hővezető képességét. Ezenkívül a lézeres strukturálás növeli a munkadarab ragasztási szilárdságát és élettartamát.
Sujcsang Boguang
A hagyományos módszerekkel összehasonlítva a felületi lézeres strukturálás környezetbarátabb, és nincs szükség további homokfúvószerekre vagy vegyszerekre: Ismételhető és precíz, a lézer mikrométer pontosságú, ellenőrzött szerkezetet ér el, és nagyon könnyen reprodukálható: Alacsony karbantartási igény a mechanikus szerszámokhoz képest, amelyek gyorsan kopik, a lézer érintésmentes, ezért teljesen kopásmentes: Nincs szükség utófeldolgozásra, és nem marad olvadék vagy egyéb feldolgozási maradék a lézerrel megmunkált részeken.
03. Lézeres színes felületkezelés
A lézeres temperálást gyakran használják a lézeres színes felületkezelésben, más néven lézeres színjelölésben. A folyamat elve az, hogy amikor a lézer felmelegíti az anyagot, a fémet valamivel az olvadáspontja alá melegítik. Megfelelő folyamatparaméterek mellett a kapu szerkezete megváltozik: oxidréteg képződik a munkadarab felületén. Amikor ezt a filmet fény éri, a beeső fény zavarja, hogy különböző temperáló színek jelenjenek meg ebben az időben. A felületen keletkező színes jelölőréteg különböző látószögekkel változik. A védjegy mintázata is különböző színekre változik. Ezek a színek körülbelül 200 °C-ig stabilak maradnak. Magasabb hőmérsékleten a kapu visszatér eredeti állapotába – a jelölés eltűnik. A felület minősége teljesen megmarad. Magas fokú biztonsággal és nyomon követhetőséggel rendelkezik az anti- hamisítási alkalmazások Az utóbbi években az orvostechnika területén is kiforrott alkalmazásra került. Az ultrarövid impulzuslézeres fekete jelölésen kívül termékazonosításra is kiválóan alkalmas, ezáltal az UDI direktíva szerinti egyedi nyomon követhetőséget biztosít.
04. Lézeres burkolat
Ez egy additív gyártási eljárás, amely alkalmas fém és fém-kerámia hibrid anyagokhoz. Ez használható 3D geometriák létrehozására vagy módosítására. Ezzel a gyártási módszerrel a lézer javítható vagy bevonható is. A repülőgépiparban ezért az additív gyártást használják a turbinalapátok javítására.
A szerszám- és matricagyártás során a törött vagy elkopott élek, formázott funkcionális felületek javíthatók, sőt páncélozhatók. Az energiatechnológiában vagy a petrolkémiában a csapágyakat, görgőket vagy hidraulikus alkatrészeket bevonattal látják el, hogy megvédjék a kopást és a korróziót. Az additív gyártást az autógyártásban is alkalmazzák. Itt nagyszámú komponens módosul.
A hagyományos lézeres fémleválasztásnál a lézersugár először helyileg melegíti fel a munkadarabot, majd olvadékmedencét képez. A finom fémport ezután közvetlenül az olvadt medencébe permetezzük a lézeres feldolgozófej fúvókájából. A nagy sebességű lézeres fémleválasztásnál a porszemcséket már majdnem az olvadáspontra melegítik a hordozó felülete felett. Ezért kevesebb időre van szükség a porszemcsék megolvasztásához.
A hatás: jelentősen megnövekedett a folyamat sebessége. A csökkentett hőhatások miatt a nagyon hőérzékeny anyagok, például alumíniumötvözetek és öntöttvas ötvözetek is bevonhatók nagy sebességű lézeres fémleválasztással. A HS-LMD eljárással forgásszimmetrikus felületeken akár 1500 ford./perc nagy felületi sebesség is elérhető. cm/perc. Ezzel egyidejűleg akár több száz méter/perc előtolási sebesség érhető el.
A drága alkatrészek vagy formák gyorsan és egyszerűen javíthatók lézeres porlerakással. Bármilyen méretű sérülés gyorsan és szinte nyom nélkül javítható. Tervezési változtatások is lehetségesek. Ezzel időt, energiát és anyagot takarít meg. Ez különösen drága fémek, például nikkel vagy titán esetében érdemes. Tipikus alkalmazási példák a turbinalapátok, különböző dugattyúk, szelepek, tengelyek vagy formák.
05. Lézeres hőkezelés
Mikrolézerek (VCSEL) ezrei vannak egyetlen chipre szerelve. Minden emitter 56 ilyen chippel van felszerelve, és egy modul több emitterből áll. A téglalap alakú sugárzási mező több millió mikrolézert tartalmazhat, és több kilowatt infravörös lézerteljesítményt képes leadni.
A VCSEL-ek 100 W/cm² sugárzási intenzitású közeli infravörös sugarakat hoznak létre, nagy, irányított téglalap alakú nyalábkeresztmetszet mellett. Ez a technológia elvileg minden olyan ipari folyamathoz alkalmas, amely rendkívül nagy pontosságot igényel a felület- és hőmérsékletszabályozásban.
A lézeres hőkezelő modulok különösen alkalmasak nagy felületű fűtési alkalmazásokhoz, igényes és rugalmas követelményekkel. A hagyományos fűtési módokhoz képest ez az új fűtési eljárás nagyobb rugalmasságot, pontosságot és költségmegtakarítást eredményez.
Ezzel a technológiával lehet zsák típusú cellákat lezárni, hogy megakadályozzuk az alumínium fólia ráncosodását, ezáltal meghosszabbítva az akkumulátor élettartamát. Használható akkumulátoros alufólia szárítására, napelemek fényátitatására, valamint meghatározott anyagok (például acél és szilícium lapkák) fűtőfelületének precíz feldolgozására.
06. Lézeres polírozás
A lézeres polírozási technológia mechanizmusa a felületi keskeny olvasztás és a felületi túlolvasztás, amely a lézerrel újraolvasztott réteg felületi újraolvasztására és újraszilárdítására támaszkodik. Ha a fémfelületet kellően nagy energiájú lézerrel besugározzuk, annak felülete bizonyos fokú újraolvadáson és újraeloszláson megy keresztül, és a felületi húzófeszültség és a gravitáció hatására a megszilárdulás előtt sima felület érhető el.
Az olvadt réteg teljes vastagsága kisebb, mint a vályútól a csúcsig terjedő magasság, így a teljes olvadt fém a közeli vályúba kerül. Ennek a töltésnek a mozgatórugója a kapilláris hatás révén érhető el, míg a vastagabb réteg hatására a folyékony fém kifelé áramlik az olvadt medence közepéből. A hajtóerő a termikus kapilláris hatás vagy a Marconi-effektus, így újra elosztható.
Suici Bieguang
Az alkalmazási esetek közé tartoznak a szilícium-karbid kerámiák, amelyeket könnyű és nagy teleszkópok (különösen nagy méretű és összetett alakú reflektorok) optikai alkatrészeiként használnak. Az RB-SiC tipikus nagy keménységű, összetett fázisú anyag, felületi precíziós polírozási technológiája nehézkes és nem hatékony. A Si-porral előzetesen bevont RB-SiC felületét femtoszekundumos lézer módosítja. Már 4,5 óra polírozás után 4,45 nm Sq felületi érdességű optikai felületet kapunk. A közvetlen csiszolással és polírozással összehasonlítva a polírozás hatékonysága több mint háromszorosára nő. A lézeres polírozást széles körben használják formák, bütykök és turbinalapátok polírozására is.
07. Lézerrel végzett peening
A lézeres lökéserősítés, más néven lézeres lökésnyomás, a fém alkatrészek felületének besugárzása nagy energiasűrűségű, nagy fókuszú, rövid impulzusú lézerrel (λ=1053 nm). A felületi fém (vagy abszorpciós réteg) nagy teljesítményű sűrűségű lézer hatására azonnal plazmarobbanást hoz létre. A robbanásos lökéshullám a szorítóréteg kényszere alatt a fémrész belsejébe kerül, így a felületi szemcsék nyomóképlékeny alakváltozást okoznak, és maradék nyomófeszültséget, szemcsefinomítást és egyéb felületerősítő hatásokat érnek el a vastagabb tartományban. az alkatrész felülete. A hagyományos mechanikus sörétvágással összehasonlítva a következő előnyei vannak:
1. Erős irányultság: A lézer szabályozható szögben, nagy energiaátalakítási hatékonysággal hat a fémfelületre, míg a mechanikus lövedék becsapódási szöge véletlenszerű:
2. Nagy erő: A lézersugaras plazmafúvás által keltett pillanatnyi nyomás akár több GPa is lehet: Nagy teljesítménysűrűség: A lézerütés csúcsteljesítménysűrűsége eléri a több tíz GW//cm2-t:
3. Jó felületi integritás: A lézerütés szinte semmilyen porlasztást nem okoz a felületen, míg a mechanikai lövés után a felület morfológiája sérül és feszültségkoncentráció lép fel.
A lézerütés utáni maximális nyomófeszültség-érték jobb, a felületi maradék nyomófeszültség pedig körülbelül 40-50%-kal nő, ami jelentősen javítja az olyan kapcsolódó mutatók értékeit, mint a kifáradási élettartam, a magas hőmérséklet-állóság és a hajlítási formák. munkadarab. Alkalmazása a repülőgépek felületkezelése és a repülőgép-hajtóművek felületkezelése területén történt.
