فناوری پوشش‌دهی لیزری، یک روش پیشرفته مهندسی سطح است که با استفاده از لیزرهای پرانرژی، به‌طور همزمان پودر فلز و سطح زیرلایه را ذوب کرده و با جامدسازی سریع، پوشش‌های آلیاژی با پیوند متالورژیکی ایجاد می‌کند. این فرآیند پیشرفته پوشش‌دهی لیزری مقاومت عالی در برابر خوردگی، سایش و دمای بالا را به سطوح قطعه کار می‌افزاید و آن را در کاربردهای مختلف صنعتی به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌دهد.

در کاربردهای عملی پوشش‌دهی با لیزر، بیشتر کاربران صنعتی به دنبال دستیابی به پوشش‌هایی با صافی بالا هستند. هرچه سطح صافی بیشتری داشته باشد، نیاز به پولیش نهایی کمتر می‌شود، در مصرف پودر فلز صرفه‌جویی شده و هزینه‌های تولید به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. شایان ذکر است که صافی پوشش پوشش‌دهی لیزری عمدتاً تحت تأثیر سه عامل است: صافی یک گذر پوشش‌دهی، ضخامت یک گذر و میزان همپوشانی بین گذرهای مجاور.

تأثیر شکل لکه بر کیفیت پوشش‌دهی لیزری

در طول فرآیند پوشش‌دهی لیزری، تنش سطحی و قابلیت تر شدن فلز مذاب با یکدیگر تعامل دارند که منجر به پروفایل‌های مسیر ذوب کاملاً متفاوتی بسته به شکل نقطه لیزر می‌شود. هنگام استفاده از نقاط دایره‌ای کوچک (۳ تا ۵ میلی‌متر) برای پوشش‌دهی لیزری، سطح مسیر ذوب معمولاً به جای سطح صاف مورد نظر، شکل محدب پیدا می‌کند. برعکس، هنگام استفاده از نقاط مستطیلی بزرگتر (۱۰ تا ۳۰ میلی‌متر)، عواملی مانند یکنواختی تغذیه پودر و یکنواختی شدت نقطه، مانع از دستیابی لایه واحد پوشش‌دهی به صافی ایده‌آل می‌شود.

نقش حیاتی نرخ تداخل در پوشش‌دهی لیزری

در پوشش‌دهی با لیزر، ردهای ذوب مجاور باید تا حد مشخصی بر هم منطبق شوند؛ پارامتری که برای صافی پوشش نهایی حیاتی است. نرخ هم‌پوشانی (R) به صورت زیر محاسبه می‌شود:
R = D/W × 100%
کجا D عرض همپوشانی است و W عرض روکش در یک گذر است. اگر اندازه گام d با استفاده از (فاصله حرکت لیزر به جلو پس از هر گذر)، نرخ همپوشانی را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
R = (W-d)/W × 100%

از فرمول مشخص است که هرچه اندازه گام کوچکتر باشد، نرخ همپوشانی بزرگ‌تر می‌شود، به این معنی که مسیرهای ذوب بیشتر روی هم می‌افتند. در مورد پوشش‌دهی لیزری نقطه‌ای مستطیلی، نرخ همپوشانی معمولاً کمتر از ۵۰٪ است. نرخ همپوشانی بالا می‌تواند به‌طور منفی بر کارایی پوشش‌دهی تأثیر بگذارد، در حالی که نرخ کمتر از ۵۰٪ باعث نوسان در ضخامت پوشش می‌شود.

مقایسه عملکرد اندازه‌های نقطه دایره‌ای در مقابل مستطیلی در پوشش‌دهی با لیزر

فرض کنیم ضخامت پوشش در هر مرحله ۱ میلی‌متر باشد. در فرآیندی که از نقاط مستطیلی استفاده می‌شود، نازک‌ترین بخش پوشش حدود ۱ میلی‌متر است، در حالی که بخش ضخیم‌تر آن از نظر تئوری می‌تواند تا ۲ میلی‌متر برسد (در عمل کمی کمتر). بنابراین ممکن است نقاط مستطیلی بلند در برآورده کردن الزامات بالای صافی برای پوشش‌های پوششی با مشکل مواجه شوند.

در مقابل، فرآیند پوشش‌دهی لیزری با استفاده از نقاط دایره‌ای به قطر ۳–۵ میلی‌متر مزیت قابل‌توجهی دارد. اصل این روش با نقاط مستطیلی متفاوت است: نقاط مستطیلی معمولاً ضخامت پوشش مورد نیاز را در یک لایه (یا حداکثر دو لایه) به دست می‌آورند، در حالی که ضخامت پوشش لیزری با نقاط دایره‌ای ۳–۵ میلی‌متری از طریق چندین لایه همپوشان حاصل می‌شود.

برای مثال، با استفاده از یک نقطه دایره‌ای ۵ میلی‌متری با گام ۱ میلی‌متری (نرخ تداخل ۸۰۱TP3T)، برای دستیابی به پوشش ضخامت ۱ میلی‌متر، به پنج لایه رد ذوب با ضخامت ۰٫۲ میلی‌متر نیاز است. این ویژگی چیدمان چندلایه تفاوت کلیدی بین پوشش‌دهی لیزری با نقطه دایره‌ای کوچک و نقطه مستطیلی است.

اثربخشی در دنیای واقعی پوشش‌دهی با لیزر پرسرعت

با به‌کارگیری فرآیند پوشش‌دهی لیزری نقطه‌ای دایره‌ای ۳–۵ میلی‌متری، می‌توان به تختی فوق‌العاده‌ای (کمتر از ۱۰ میکرومتر) دست یافت. شکل ۲ نتایج آزمون تختی پوشش‌های تولیدشده توسط Zhongke Zhongmei با استفاده از نقاط دایره‌ای ۳–۵ میلی‌متری را نشان می‌دهد که در آن تختی به سطح عالی Ra5–6 میکرومتر رسیده است.

نتیجه‌گیری: بهینه‌سازی انتخاب نقاط برای فرآیند پوشش‌دهی لیزری

بر اساس تحلیل‌های فوق، می‌توان نتیجه روشنی گرفت: در کاربردهای پوشش‌دهی لیزری که نیازمند صافی بالا هستند، شکل و اندازه نقطه لیزر پارامترهای حیاتی فرآیند محسوب می‌شوند. فرآیند پوشش‌دهی لیزری با نقطه دایره‌ای ۳–۵ میلی‌متری از طریق نرخ‌های بالای همپوشانی و انباشت چندلایه، ضخامت پوشش مورد نیاز را تأمین می‌کند و آن را به بهترین گزینه برای پوشش‌های با صافی بالا تبدیل می‌نماید. برای کاربردهای پوشش‌دهی لیزری که بر کیفیت پوشش و هزینه‌های پردازش بعدی متمرکز هستند، نقاط دایره‌ای بدون شک گزینه برتر می‌باشند.

در پروژه‌های خاص پوشش‌دهی با لیزر، مهندسان باید نوع نقطه و پارامترهای فرآیند را بر اساس عواملی مانند نیازهای قطعه کار، بهره‌وری تولید و ملاحظات اقتصادی انتخاب کنند تا کیفیت پوشش‌دهی با لیزر به حالت بهینه خود برسد.