لفترة طويلة، اشتهرت تقنية الليزر باستخدامها المكثف في اللحام والقطع ووضع العلامات، وفي هذين العامين فقط، مع الانتشار التدريجي للتنظيف بالليزر، أصبح مفهوم معالجة الأسطح بالليزر أكثر فأكثر. محط الأنظار وظهر في أذهان الناس. معالجة بالليزر بطريقة عدم الاتصال، مرونة عالية، سرعة عالية، لا ضوضاء، منطقة صغيرة متأثرة بالحرارة دون الإضرار بالركيزة، لا مواد استهلاكية وبيئية منخفضة الكربون.
المعالجة السطحية بالليزرفي الواقع يحتوي على عدد كبير جدًا من فئات التطبيقات بالإضافة إلى التنظيف بالليزر، مثل التلميع بالليزر، والكسوة بالليزر، والتبريد بالليزر وما إلى ذلك. تُستخدم هذه الطرق لتغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية المحددة لسطح المادة، على سبيل المثال، لجعل السطح معالجًا إلى وظيفة كارهة للماء، أو نبضات ليزر لإنتاج قطر يبلغ حوالي 10 ميكرون، وعمق بضعة ميكرونات فقط من المنخفضات الصغيرة ، كوسيلة لزيادة الخشونة، وتعزيز التصاق السطح، وما إلى ذلك.
بالإضافة إلىالتنظيف بالليزرهل تعرف الأنواع التالية من المعالجة السطحية بالليزر؟
التبريد بالليزر
يعد التقسية بالليزر أحد الحلول لمعالجة المكونات شديدة الضغط والمعقدة، مما يسمح بضغط أعلى وعمر أطول للأجزاء ذات التآكل العالي، مثل أعمدة الكامات وأدوات الثني.
إنه يعمل عن طريق تسخين سطح قطعة عمل تحتوي على الكربون إلى درجة حرارة أقل بقليل من درجة حرارة الانصهار (900 - 1400 درجة، يتم امتصاص 40 بالمائة من الطاقة المشععة)، بحيث يتم إعادة ترتيب ذرات الكربون في الشبكة المعدنية ( الأوستنة)، ثم يقوم شعاع الليزر بتسخين السطح بشكل ثابت في اتجاه التغذية، وتبرد المادة المحيطة بشعاع الليزر بسرعة كبيرة مع تحرك شعاع الليزر بحيث لا تتمكن الشبكة المعدنية من العودة إلى شكلها الأصلي، مما يؤدي إلى مارتنسيت، والذي يسبب هذا يؤدي إلى مارتنسيت وزيادة كبيرة في الصلابة.
عادةً ما يكون عمق تصلب الطبقات الخارجية من الفولاذ الكربوني عن طريق التقسية بالليزر 0.1-1.5 مم، ويمكن أن يصل إلى 2.5 مم أو أكثر في بعض المواد. المزايا مقارنة بطرق التصلب التقليدية هي:
1. يقتصر مدخل الحرارة المستهدف على منطقة محلية، مما يؤدي إلى عدم حدوث أي تحريف للمكونات أثناء التشغيل الآلي. يتم تقليل تكاليف إعادة العمل أو حتى إلغاؤها تمامًا؛
2. التصلب حتى في الأشكال الهندسية المعقدة والمكونات الدقيقة، مما يسمح بالتصلب الدقيق للأسطح الوظيفية المقيدة محليًا والتي لا يمكن تصليدها بطرق التصلب التقليدية؛
دون تشويه. تنتج عمليات التصلب التقليدية تشويهًا بسبب زيادة مدخلات الطاقة والتبريد، ولكن أثناء التصلب بالليزر يمكن التحكم بدقة في مدخلات الحرارة بفضل تقنية الليزر والتحكم في درجة الحرارة. يظل المكون أصليًا تقريبًا؛
يمكن تغيير هندسة صلابة المكون بسرعة و"أسرع". وهذا يعني أنه ليست هناك حاجة لتحويل البصريات/النظام بأكمله.
Lشعر عسير
يعد التقطيع بالليزر أحد أدوات المعالجة لتعديل سطح المواد المعدنية. في عملية الهيكلة، يقوم الليزر بإنشاء أشكال هندسية مرتبة بانتظام في طبقات أو ركائز من أجل تعديل الخصائص التقنية بشكل هادف وتطوير وظائف جديدة. تتضمن العملية عمومًا استخدام إشعاع الليزر (عادةً نبضات قصيرة من ضوء الليزر) لإنشاء أشكال هندسية مرتبة بانتظام على السطح بطريقة قابلة للتكرار. يقوم شعاع الليزر بإذابة المادة بطريقة خاضعة للرقابة ويتم ترسيخها في الهيكل المحدد من خلال إدارة العملية المناسبة.
على سبيل المثال، تسمح الهياكل السطحية الكارهة للماء بتدفق الماء من السطح. إن إنشاء هياكل دون الميكرون على الأسطح باستخدام أشعة الليزر النبضية فائقة القصر يسمح بتحقيق هذه الخاصية، ويمكن التحكم في البنية التي سيتم إنشاؤها بدقة عن طريق تغيير معلمات الليزر. يمكن أيضًا تحقيق التأثير المعاكس، على سبيل المثال الأسطح المحبة للماء.
طلاء ألواح السيارات، يجب أن يتم توزيع سطح اللوحة الرقيقة بشكل موحد من "الحفرة الدقيقة" لتعزيز التصاق الطلاء، مع تركيز شعاع الليزر النبضي من آلاف إلى عشرات الآلاف من المرات في الثانية على سطح حادث اللفة على اللفة، في نقطة التركيز على سطح اللفة لتشكيل تجمع صغير قابل للذوبان، في نفس الوقت على جانب حوض السباحة الصغير القابل للذوبان، بحيث يكون تجمع المواد المنصهرة القابل للذوبان وفقًا للمتطلبات المحددة بقدر ممكن تتراكم على حمام السباحة! حافة تشكيل علامات التبويب على شكل قوس، هذه علامات التبويب الصغيرة والحفر الصغيرة لا يمكنها فقط تعزيز خشونة سطح المادة لزيادة التصاق الطلاء، ولكن أيضًا تحسين صلابة سطح المادة لإطالة عمر الخدمة.
يتم إنشاء خصائص معينة عن طريق التركيب بالليزر، مثل خصائص الاحتكاك أو التوصيل الكهربائي والحراري لبعض المواد المعدنية. بالإضافة إلى ذلك، فإن هيكلة الليزر تزيد من قوة الترابط وعمر الخدمة لقطعة العمل.
بالمقارنة مع الطرق التقليدية، فإن هيكلة الأسطح بالليزر أكثر صديقة للبيئة، ولا تتطلب أي عوامل تفجير أو مواد كيميائية إضافية؛ تتيح أجهزة الليزر القابلة للتكرار والدقيقة إنشاء هياكل يمكن التحكم فيها بدقة تصل إلى الميكرون وسهلة التكرار؛ صيانة منخفضة، وأشعة الليزر غير قابلة للتلامس، وبالتالي فهي خالية تمامًا من التآكل مقارنة بالأدوات الميكانيكية سريعة التآكل؛ وليست هناك حاجة للمعالجة اللاحقة، مع عدم ترك أي ذوبان أو بقايا تصنيع أخرى على الجزء المعالج بالليزر.
تشطيب سطحي مبهر بالليزر
يتم استخدام التقسية بالليزر بشكل شائع في معالجة الأسطح المبهرة بالليزر، والمعروفة أيضًا باسم وسم الألوان بالليزر. مبدأ العملية هو أن مادة التسخين بالليزر، والتسخين المحلي المعدني إلى ما دون نقطة الانصهار قليلاً، في معلمات العملية المناسبة، في هذا الوقت، سوف يتغير هيكل البوابة؛ في سطح قطعة العمل ستشكل طبقة أكسيد، هذه الطبقة من الفيلم في إشعاع الضوء، تداخل الضوء الساقط بحيث يتم تلطيف مجموعة متنوعة من الألوان في هذا الوقت، سطح الطبقة الناتج عن هذه الطبقة من طبقة العلامات الملونة، إلى جانب عدم الحاجة إلى تغيير زاوية المراقبة، سيتم تغيير نمط العلامات من مجموعة متنوعة من الألوان المختلفة.
تظل هذه الألوان ثابتة في درجة الحرارة حتى تقريبًا. 200 درجة . في درجات حرارة أعلى، تعود البوابة إلى حالتها الأصلية - تختفي العلامة. يتم الحفاظ على جودة السطح سليمة. يتم تحقيق درجة عالية من الأمان وإمكانية التتبع في تطبيقات مكافحة التزييف. بالإضافة إلى الوسم الأسود الجديد باستخدام أشعة الليزر النبضية القصيرة جدًا، والذي أصبح راسخًا في مجال التكنولوجيا الطبية في السنوات الأخيرة، فهو أيضًا مناسب بشكل مثالي لوضع علامات على المنتجات وبالتالي إمكانية التتبع الفريدة وفقًا لتوجيهات UDI.
ذوبان الليزر
إنها عملية تصنيع مضافة مناسبة للمواد الهجينة من المعدن والسيراميك. وبهذا، يمكن إنشاء أو تعديل الأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد. باستخدام طريقة الإنتاج هذه، يمكن أيضًا استخدام الليزر للإصلاح أو الطلاء. وهكذا، في قطاع الطيران، يتم استخدام التصنيع الإضافي لإصلاح شفرات التوربينات.
في صناعة الأدوات والقوالب، يمكن إصلاح الحواف المتشققة أو البالية والأسطح الوظيفية المشكلة، أو حتى تسليحها محليًا. لمنع التآكل والتآكل، يتم طلاء مواقع المحامل أو البكرات أو المكونات الهيدروليكية بتكنولوجيا الطاقة أو البتروكيماويات. يستخدم التصنيع الإضافي أيضًا في صناعة السيارات. تم تعديل العديد من المكونات هنا.
في الكسوة المعدنية بالليزر التقليدية، يقوم شعاع الليزر أولاً بتسخين قطعة العمل محليًا ثم يشكل بركة منصهرة. يتم بعد ذلك رش المساحيق المعدنية الدقيقة من فوهة رأس المعالجة بالليزر مباشرة إلى حوض السباحة المنصهر. أثناء ذوبان المعدن بالليزر عالي السرعة، يتم تسخين جزيئات المسحوق بالفعل إلى درجة حرارة الانصهار تقريبًا فوق سطح الركيزة. ونتيجة لذلك، مطلوب وقت أقل لإذابة جزيئات المسحوق.
التأثير: زيادة كبيرة في سرعة العملية. نظرًا للتأثيرات الحرارية الأقل، فإن ذوبان المعادن بالليزر عالي السرعة يجعل من الممكن أيضًا طلاء المواد الحساسة جدًا للحرارة، مثل سبائك الألومنيوم وسبائك الحديد الزهر. من خلال عملية HS-LMD، يمكن تحقيق معدلات سطح عالية تصل إلى 1500 سم²/دقيقة على الأسطح المتناظرة دورانيًا، بينما يمكن تحقيق معدلات تغذية تصل إلى عدة مئات من الأمتار في الدقيقة.
يمكن إصلاح الأجزاء أو القوالب باهظة الثمن بسرعة وسهولة باستخدام الكسوة المعدنية بالليزر. يمكن إصلاح الأضرار، سواء كانت كبيرة أو صغيرة، بسرعة وبدون علامات تقريبًا. تغييرات التصميم ممكنة أيضا. وهذا يوفر الوقت والطاقة والمواد. خاصة بالنسبة للمعادن باهظة الثمن مثل النيكل أو التيتانيوم، فهو أمر جدير بالاهتمام. ومن الأمثلة النموذجية للتطبيقات شفرات التوربينات أو المكابس المختلفة أو الصمامات أو الأعمدة أو القوالب.
المعالجة الحرارية بالليزر
يتم تركيب الآلاف من أجهزة الليزر المصغرة (VCSELs) على شريحة واحدة. وقد تم تجهيز كل باعث بـ 56 شريحة من هذا النوع، بينما تتكون الوحدة من عدة بواعث. يمكن أن تحتوي منطقة الإشعاع المستطيلة على ملايين من أجهزة الليزر الدقيقة ويمكنها إنتاج عدة كيلووات من طاقة الليزر بالأشعة تحت الحمراء.
تولد VCSELs أشعة قريبة من الأشعة تحت الحمراء بكثافة إشعاعية تبلغ 100 واط / سم² عن طريق مقطع عرضي كبير ومستطيل الاتجاه. من حيث المبدأ، هذه التكنولوجيا مناسبة لجميع العمليات الصناعية التي تتطلب التحكم الدقيق للغاية في السطح ودرجة الحرارة.
تعتبر وحدات المعالجة الحرارية بالليزر مناسبة بشكل خاص لتطبيقات التدفئة ذات المساحات الكبيرة حيث تتطلب الدقة والمرونة. بالمقارنة مع طرق التسخين التقليدية، توفر عملية التسخين الجديدة هذه درجة أعلى من المرونة والدقة وتوفير التكلفة.
يمكن استخدام هذه التقنية لإغلاق الخلايا المُغلفة لمنع تجعد الرقائق، وبالتالي إطالة عمر الخلايا. ويمكن استخدامه أيضًا في تطبيقات مثل تجفيف رقائق الخلايا، والتشريب الخفيف للألواح الشمسية، والمعالجة الدقيقة للمنطقة المراد تسخينها لمواد محددة مثل رقائق الفولاذ والسيليكون.
تلميع بالليزر
آليةتكنولوجيا التلميع بالليزرهو الاندماج الضيق السطحي والاندماج السطحي فوق، ويعتمد على إعادة صهر السطح وإعادة تصلب الطبقة المصهورة بالليزر. عندما يتم تشعيع سطح معدني بالليزر بطاقة عالية بما فيه الكفاية، يخضع السطح لدرجة معينة من إعادة الصهر وإعادة التوزيع، ويتم تحقيق الأسطح الملساء عن طريق ضغوط الشد السطحية والجاذبية قبل التصلب.
يكون سمك طبقة الذوبان بالكامل أقل من ارتفاع القاع إلى الذروة، مما يسمح للمعدن المنصهر بأكمله بملء الأحواض القريبة، والقوة الدافعة لهذا الملء هي التأثير الشعري، في حين أن طبقة الذوبان الأكثر سمكًا تحفز المعدن السائل للتدفق إلى الخارج من مركز حوض الذوبان، والقوة الدافعة لإعادة التوزيع هي التأثير الشعري الحراري أو تأثير ماركوني.
أمثلة التطبيقات مثل سيراميك كربيد السيليكون، وهي المادة المستخدمة في المكونات البصرية للتلسكوب الكبيرة وخفيفة الوزن (خاصة المرايا الكبيرة الحجم والمعقدة الشكل). تقنية التلميع الدقيق للأسطح. من خلال تعديل سطح RB-SiC المطلي مسبقًا بمسحوق Si بواسطة ليزر الفيمتو ثانية، يمكن الحصول على سطح بصري بخشونة سطح تبلغ 4.45 نانومتر بعد 4.5 ساعة فقط من التلميع، مما يحسن كفاءة التلميع بأكثر من ثلاث مرات مقارنة مع طحن وتلميع مباشر. يستخدم التلميع بالليزر أيضًا على نطاق واسع في تلميع القوالب والكاميرات وشفرات التوربينات.
التفجير بالليزر
التثقيب التصادمي بالليزر، والمعروف أيضًا باسم التفجير بالليزر، هو عبارة عن كثافة طاقة عالية، وتركيز عالٍ، وإشعاع ليزر قصير النبض (×=1053 نانومتر) لسطح الأجزاء المعدنية، أو المعدن السطحي (أو طبقة الامتصاص) في كثافة الطاقة العالية دور الليزر في التكوين اللحظي لانفجار البلازما، انفجار موجة الصدمة في القيود على الطبقة المحيطة بالأجزاء المعدنية داخل النقل بحيث تنتج الطبقة السطحية من الحبيبات تشوهًا بلاستيكيًا ضاغطًا في السطح طبقة من الأجزاء في نطاق أكثر سمكًا للحصول على إجهاد الضغط المتبقي وصقل الحبوب وتأثيرات تقوية السطح الأخرى. بالمقارنة مع السفع بالخردق الميكانيكي التقليدي لديه المزايا التالية
1. اتجاهية قوية: يعمل الليزر على السطح المعدني بزاوية يمكن التحكم فيها، مع كفاءة تحويل طاقة عالية، في حين أن زاوية تأثير القذيفة الميكانيكية عشوائية؛
2. قوة كبيرة: انفجار البلازما بالليزر المتولد عن الضغط اللحظي الذي يصل إلى عدة GPa؛ كثافة الطاقة: تصل كثافة الطاقة القصوى لتأثير الليزر إلى عدة عشرات من GW/cm2؛
سلامة السطح الجيدة: تأثير الليزر على السطح لا يكاد يكون له تأثير الاخرق، وبعد الطحن الميكانيكي، يتلف شكل السطح لإنتاج تركيزات الضغط.
يكون تأثير الليزر بعد الحد الأقصى لقيمة إجهاد الضغط أفضل، ويزيد إجهاد الضغط المتبقي على السطح بحوالي 40 بالمائة إلى 50 بالمائة، كما تم تحسين عمر الكلال لقطعة العمل، ومقاومة درجات الحرارة العالية وقولبة الانحناء والمؤشرات الأخرى ذات الصلة ذات القيمة العددية بشكل ملحوظ. . حاليًا، تم تطبيقه في مجال معالجة أسطح الطائرات، ومعالجة أسطح محركات الطائرات، وما إلى ذلك.
