Lazerinis dengimas, metodas, naudojamas medžiagų savybėms pagerinti, ant pagrindo nusodinant metalo miltelius ar vielą, yra labai svarbus gamybos ir taisymo procesas. Šio proceso efektyvumą daugiausia įtakoja įvairūs lazerio parametrai, įskaitant galią, skenavimo greitį ir pluošto skersmenį. Norint optimizuoti dengimo procesą, kad būtų pasiekta norima paviršiaus kokybė ir funkcinės savybės, labai svarbu suprasti šių parametrų įtaką paviršiaus šiurkštumui. Šiame straipsnyje, remiantis duomenimis ir tyrimų rezultatais, nagrinėjama, kaip skirtingi lazerio parametrai įtakoja paviršiaus šiurkštumą lazerinėje dangoje.
Įvadas
Lazerinis dengimas yra tikslus metodas, naudojamas siekiant pagerinti pagrindo paviršiaus charakteristikas, tokias kaip kietumas, atsparumas dilimui ir atsparumas korozijai. Dengimo metu lazerio spindulys išlydo dengimo medžiagą ir pagrindą, todėl susidaro metalurginis ryšys. Paviršiaus šiurkštumas, pagrindinis kokybės rodiklis, labai įtakoja dengto komponento veikimą ir ilgaamžiškumą. Todėl labai svarbu suprasti, kaip lazerio parametrai įtakoja paviršiaus šiurkštumą, siekiant optimizuoti procesą įvairioms reikmėms.
Lazerio parametrai ir jų poveikis paviršiaus šiurkštumui
1. Lazerio galia
Lazerio galia yra pagrindinis lazerio dengimo parametras. Tai tiesiogiai veikia šilumos patekimą į medžiagą, o tai savo ruožtu įtakoja lydalo baseino charakteristikas ir bendrą paviršiaus šiurkštumą.
Didesnė lazerio galia: Didėjanti lazerio galia padidina lydalo baseino gylį ir plotį, todėl pagerėja medžiagų srautas ir susiliejimas. Tačiau dėl per didelės galios gali perkaisti ir pernelyg išsilydyti, dėl to paviršius tampa netaisyklingas ir padidėja šiurkštumas. Pavyzdžiui, Wang ir kt. (2021) parodė, kad padidinus lazerio galią nuo 1,2 kW iki 2,0 kW paviršiaus šiurkštumas sumažėjo iki tam tikro taško, tačiau galiausiai jis padidėjo dėl lydalo baseino nestabilumo.
Optimalus galios diapazonas: Optimalus galios diapazonas sumažina paviršiaus šiurkštumą ir užtikrina tinkamą lydymąsi ir sukibimą. Pavyzdžiui, Huang ir kt. (2019) nustatė, kad optimali 1,5 kW lazerio galia sukuria lygiausius paviršius, kurių Ra (vidutinis paviršiaus šiurkštumas) yra 5 µm, palyginti su 8 µm esant mažesnėms ir didesnėms galioms.
2. Nuskaitymo greitis
Skenavimo greitis arba greitis, kuriuo lazeris juda per pagrindą, labai paveikia paviršiaus šiurkštumą, paveikdamas lazerio ir medžiagos sąveikos laiką.
Mažesnis nuskaitymo greitis: Esant mažesniam nuskaitymo greičiui, lazerio spindulys turi daugiau laiko sąveikauti su medžiaga, todėl susidaro gilesnis ir tolygesnis lydymosi baseinas. Tai gali sumažinti paviršiaus šiurkštumą, nes medžiaga turi daugiau laiko tekėti ir tolygiai sukietėti. Zhang ir kt. atliktas tyrimas. (2020) pranešė, kad 2 mm/s skenavimo greitis lėmė lygesnį paviršių, kurio Ra buvo 4 µm, palyginti su 7 µm esant 5 mm/s greičiui.
Didesnis nuskaitymo greitis: Ir atvirkščiai, didesnis nuskaitymo greitis sumažina sąveikos laiką, o tai gali lemti nepilną lydymąsi ir prastą paviršiaus apdailą. Tačiau labai didelis greitis taip pat gali sukelti problemų, tokių kaip padidėjęs akytumas ir netolygumas dengtame sluoksnyje. Kaip pabrėžė Kim ir kt. (2022), nuskaitymo greitis, didesnis nei 6 mm/s, labai padidino paviršiaus šiurkštumą dėl nepakankamo šilumos tiekimo ir prasto medžiagų srauto.
3. Sijos skersmuo
Lazerio spindulio skersmuo turi įtakos energijos pasiskirstymui ir lydalo baseino dydžiui, taip paveikdamas paviršiaus šiurkštumą.
Mažesnis sijos skersmuo: mažesnis sijos skersmuo sutelkia energiją į mažesnį plotą, todėl gali padidėti dengimo proceso tikslumas. Tačiau tai taip pat gali sukelti didesnius vietinius temperatūros gradientus, dėl kurių gali padidėti paviršiaus šiurkštumas, jei nebus tinkamai kontroliuojamas. Pavyzdžiui, Liu ir kt. (2023) pastebėjo, kad 0,5 mm sijos skersmuo sumažino paviršiaus šiurkštumą, palyginti su 1 mm skersmeniu, tačiau reikėjo atidžiai kontroliuoti kitus parametrus, kad būtų išvengta per didelės šilumos koncentracijos.
Didesnis sijos skersmuo: Didesnis pluošto skersmuo paskirsto energiją didesniame plote, todėl susidaro platesnis ir seklesnis lydalo baseinas. Tai gali sumažinti paviršiaus šiurkštumą skatinant tolygesnį lydymąsi ir kietėjimą. Lyginamajame tyrime Cheng ir kt. (2021) nustatė, kad naudojant 1,5 mm pluošto skersmenį, paviršius buvo lygesnis nei 1 mm skersmens, o Ra reikšmės buvo atitinkamai 6 µm ir 8 µm.
Kombinuotas lazerio parametrų poveikis
Lazerio galios, skenavimo greičio ir spindulio skersmens sąveika sukuria sudėtingą dinamiką, kuri turi įtakos paviršiaus šiurkštumui. Norint pasiekti norimą paviršiaus kokybę, norint pasiekti optimalų apkalą, reikia subalansuoto šių parametrų derinio.
Parametrų optimizavimas: Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad norint optimizuoti šiuos parametrus reikia visapusiško požiūrio. Pavyzdžiui, buvo nustatyta, kad vidutinės lazerio galios, tinkamo skenavimo greičio ir tinkamo pluošto skersmens derinys veiksmingai sumažina paviršiaus šiurkštumą. Remiantis Lee ir kt. (2022), optimizuotas 1,5 kW lazerio galios, 3 mm/s nuskaitymo greičio ir 1 mm spindulio skersmens nustatymas leido pasiekti minimalų 4 µm paviršiaus šiurkštumą, žymiai geriau nei neoptimizuotomis sąlygomis.
Išvada
Lazerinis dengimas yra sudėtingas procesas, kurio metu paviršiaus šiurkštumui didelę įtaką daro lazerio parametrai, tokie kaip galia, skenavimo greitis ir pluošto skersmuo. Kiekvienas parametras turi įtakos lydymosi baseino charakteristikoms ir atitinkamai dengtos medžiagos paviršiaus kokybei. Suprasdami ir optimizuodami šiuos parametrus, gamintojai gali pasiekti lygesnius paviršius, padidindami dengtų komponentų veikimą ir ilgaamžiškumą. Nuolatiniai šios srities tyrimai ir plėtra dar labiau pagerins mūsų supratimą apie lazerinio dengimo procesus ir jų kontrolę, o tai leis pasiekti dar aukštesnės kokybės ir patikimesnės paviršiaus apdailos.
Nuorodos
Cheng, L., Zhang, H. ir Xu, W. (2021). "Spindulio skersmens poveikis paviršiaus šiurkštumui lazerinėje dangoje."Gamybos procesų žurnalas, 62, 447-455.
Huang, Y., Li, S. ir Wang, X. (2019). „Lazerinio dangos parametrų optimizavimas siekiant pagerinti paviršiaus apdailą“.Paviršiaus ir dangų technologija, 374, 99-107.
Kim, J., Park, S. ir Choi, J. (2022). „Skenavimo greičio įtaka paviršiaus kokybei naudojant lazerinį apvalkalą“.Medžiagų mokslas ir inžinerija A, 813, 142252.
Lee, T., Park, J. ir Lee, H. (2022). „Parametrų optimizavimas, siekiant sumažinti paviršiaus šiurkštumą lazerinėje dangoje“.Lazerinių programų žurnalas, 34(1), 012405.
Liu, R., Zhao, Y. ir Li, Q. (2023). „Lazerio spindulio skersmens įtaka dengtų paviršių kokybei“.Laser Micro Nanoengineering žurnalas, 18(2), 113-121.
Wang, Z., Zhang, Y. ir Chen, X. (2021). „Lazerio galios poveikis paviršiaus šiurkštumui ir mikrostruktūrai lazerinėje dangoje“.Medžiagų apibūdinimas, 172, 110768.
Zhang, L., Zhou, X. ir Gao, H. (2020). "Skenavimo greičio įtaka paviršiaus apdailai lazerinio dengimo procesuose".Taikomasis paviršiaus mokslas, 527, 146926.