پوشش‌دهی لیزری این فناوری شامل قرار دادن یک ماده روکش انتخاب‌شده روی سطح زیرلایه با استفاده از روش‌های مختلف پر کردن است. از طریق تابش لیزر، لایه نازکی از سطح زیرلایه ذوب شده و به‌سرعت منجمد می‌شود و پوشش سطحی با پیوند متالورژیکی و با نسبت آلیاژ بسیار کم ایجاد می‌کند. این امر به‌طور قابل‌توجهی خواص سطحی ماده زیرلایه مانند مقاومت در برابر سایش، خوردگی، حرارت، اکسیداسیون و خواص الکتریکی را بهبود می‌بخشد.

طبقه‌بندی‌های پوشش‌دهی لیزری

بر اساس نوع مواد مورد استفاده و جفت‌شدن آن‌ها با پرتو لیزر، رایج پوشش‌دهی لیزری فناوری‌ها را می‌توان به موارد زیر تقسیم کرد: پوشش‌دهی لیزری پودری هم‌محور، پوشش‌دهی لیزری پودری خارج از محور (که پوشش‌دهی لیزری پودری جانبی نیز نامیده می‌شود)، پوشش‌دهی لیزری با سرعت بالا (که پوشش‌دهی لیزری فوق‌سریع نیز نامیده می‌شود) و پوشش‌دهی لیزری سیمی با سرعت بالا.

پوشش‌دهی لیزری پودری هم‌محور

پودر هممرکزی پوشش‌دهی لیزری معمولاً از لیزر فیبر نیمه‌هادی و خوراک‌دهنده پودر از نوع دیسک با تغذیه گاز استفاده می‌شود. سر پوشش‌دهی از طرح نقطه نوری دایره‌ای بهره می‌برد که در آن یک پرتو مرکزی نور وجود دارد و پودر اطراف آن یا از طریق چندین جریان پودر تغذیه می‌شود. با کانال گاز محافظ ویژه طراحی‌شده، پودر، پرتو نور و گاز محافظ در یک نقطه واحد همگرا می‌شوند و یک حوضچه مذاب تشکیل می‌دهند. با حرکت سر پوشش‌دهی نسبت به قطعه کار، یک لایه پوشش‌دهی روی سطح تشکیل می‌شود.

مزایای پوشش‌دهی لیزری پودری هم‌محور:

آزادی بالا و خودکارسازی آسانکیفیت لایه روکش صرف‌نظر از جهت حرکت یکنواخت باقی می‌ماند، که آن را برای خودکارسازی با ربات‌های صنعتی یا ماشین‌های چندمحوره بسیار مناسب می‌سازد.

حفاظت مناسب با گاز خنثیحوضچه مذاب توسط گازهای خنثی محافظت می‌شود که پایداری فرآیند را بهبود می‌بخشد.

حوضچه ذوب کوچک، حرارت یکنواخت و مقاومت خوب در برابر ترکتعامل یکنواخت بین پودر و نور، کیفیت و دوام بهتر سطح روکش‌دار را تضمین می‌کند.

پوشش‌دهی پودری لیزری خارج از محور

همچنین به نام پودر جانبی شناخته می‌شود پوشش‌دهی لیزری, این روش از یک لیزر نیمه‌رسانا یا فیبری همراه با خوراک‌دهنده پودر ثقلی استفاده می‌کند. سر پوشش‌دهی از یک نقطه نور مستطیلی همراه با خوراک‌دهی جانبی پودر بهره می‌برد. پودر آلیاژ به سطح قطعه منتقل شده و توسط پرتو لیزر ذوب می‌شود و یک حوضچه مذاب تشکیل می‌دهد.

مزایای پوشش‌دهی پودری لیزری خارج از محور:

استفادهٔ بهینه از موادپودر پیش از ذوب شدن توسط لیزر بر روی سطح قرار داده می‌شود، که نرخ بهره‌وری از مواد را به بیش از ۹۵٪ می‌رساند.

کارایی بالای روکش‌کاریتابش مستطیلی امکان افزایش توان لیزر و اندازه‌های بزرگ‌تر نقطه را فراهم می‌کند و سرعت پوشش‌دهی را بهبود می‌بخشد.

بدون مصرف گاز بی‌اثراین روش گاز بی‌اثر مصرف نمی‌کند، اگرچه نیازمند بررسی دقیق مقاومت پودر در برابر اکسیداسیون است.

پوشش‌دهی لیزری فوق‌سریع

این فرایند از لیزر فیبری با کیفیت بالا و سرهای پوشش‌دهی با سرعت بالا استفاده می‌کند تا به سرعت‌های فوق‌العاده پوشش‌دهی (تا ۲۰۰ متر در دقیقه) دست یابد. پودر پیش‌گرم یا کاملاً ذوب می‌شود قبل از ورود به حوضچه مذاب، که زمان لازم برای ذوب پودر را به‌طور چشمگیری کوتاه می‌کند.

مزایای پوشش‌دهی لیزری فوق‌سریع:

استفادهٔ بهینه از انرژی لیزر: پرتو لیزر به‌طور مؤثر پودر و قطعه کار را گرم می‌کند، تلفات انرژی را به حداقل می‌رساند و کارایی آلیاژی‌سازی را به حداکثر می‌رساند.

نرخ رقیق‌سازی پایینبا سرعت‌های بالای پوشش‌دهی و زمان‌های کوتاه قرارگیری در حوضچه مذاب، نرخ رقیق‌سازی لایه پوشش‌دهی پایین باقی می‌ماند.

زبری سطحی کم و مقاومت در برابر ترکاین فرآیند نقص‌های لایهٔ روکش‌شده را به حداقل می‌رساند و نتایج باکیفیتی را تضمین می‌کند.

پوشش‌دهی سیم‌فلزی لیزری با سرعت بالا

سیم با سرعت بالا پوشش‌دهی لیزری از سیم فلزی به‌عنوان مادهٔ روکش استفاده می‌کند که به داخل پرتو لیزر وارد می‌شود. سیم فلزی ذوب شده و حوضچهٔ مذابی ایجاد می‌کند که پس از جامد شدن، لایهٔ روکش را تشکیل می‌دهد.

مزایای پوشش‌دهی با لیزر سیمی پرسرعت:

مزایای زیست‌محیطیاستفاده از سیم به جای پودر، از پاشش و گرد و غبار فلزی جلوگیری کرده و عملکرد زیست‌محیطی را بهبود می‌بخشد.

استفادهٔ بهینه از موادسیم کاملاً ذوب شده است و استفاده از ماده را تا نزدیک به ۹۹۱TP3T تضمین می‌کند.

کارایی بالای روکش‌کاریورودی انرژی کنترل‌شده و سرعت بالای روکش‌گذاری منجر به بهره‌وری بالای مواد می‌شود.

تأثیر پارامترهای فرآیند بر اثر پوشش‌دهی

پوشش‌دهی لیزری پارامترهایی از جمله توان لیزر، قطر نقطه، سرعت پوشش‌دهی، جابجایی فوکوس، نرخ تغذیه پودر، سرعت اسکن و دمای پیش‌گرم، به‌طور قابل‌توجهی بر نرخ رقیق‌سازی لایه پوشش‌دهی، تشکیل ترک، زبری سطح و چگالی کلی قطعات پوشش‌داده‌شده تأثیر می‌گذارند. تنظیم نادرست این پارامترها می‌تواند منجر به پیوند متالورژیکی ضعیف بین پوشش و زیرلایه شود و مانع از تشکیل کانال‌های چندلایه گردد.

پارامترهای کلیدی فرآیند عبارتند از:

توان لیزراین پارامتر حجم ذوب‌شده‌ی زیرلایه را تعیین می‌کند. افزایش توان منجر به پوشش‌دهی عمیق‌تر می‌شود اما احتمال تخلخل را نیز افزایش می‌دهد. با این حال، توان بالاتر می‌تواند با بهبود انجماد دینامیکی در فاز خنک‌شدن، ترک‌ها و تخلخل را کاهش دهد.

قطر نقطهقطر نقطه لیزر بر عرض لایه روکش تأثیر می‌گذارد. در حالی که اندازه‌های کوچک نقطه کیفیت بهتری فراهم می‌کنند، نقاط بزرگ برای پوشش مناطق وسیع‌تر مناسب‌تر هستند.

سرعت روکش‌کاریسرعت پوشش‌دهی بر کیفیت ذوب پودر آلیاژ تأثیر می‌گذارد. اگر بیش از حد باشد، پودر به‌طور کامل ذوب نمی‌شود؛ اگر کمتر باشد، حوضچه ذوب بیش از حد داغ می‌شود و منجر به هدررفت مواد می‌گردد.

ویژگی‌های فناوری تشکیل سطح با پوشش‌دهی لیزری

سرعت خنک‌کنندگی بالا و جامد شدن سریع.

انحراف حرارتی کم, ، با نرخ‌های رقیق‌سازی کم و پیوند متالورژیکی عالی بین پوشش و زیرلایه.

انتخاب گستردهٔ مواد: بر پایه آهن، بر پایه نیکل، بر پایه مس، بر پایه تیتانیوم و غیره.

کنترل دقیق ضخامتضخامت روکش بین ۰٫۲ تا ۲ میلی‌متر است، ایده‌آل برای بازسازی قطعات سایشی.

دقت بالای پردازش, مناسب برای مناطق کوچک یا سخت‌پردازش.

یکپارچه‌سازی آسان اتوماسیون.

سیستم‌های مواد پوشش‌دهی لیزری

انتخاب مواد روکش برای دستیابی به کیفیت و خواص سطح مطلوب بسیار حیاتی است. معمولاً انتخاب مواد مناسب به خواص فیزیکی و شیمیایی زیرلایه بستگی دارد و ماده روکش باید بر اساس آن انتخاب شود.

سامانه‌های ماده:

پودرهای آلیاژی خود جوش‌پذیراین‌ها شامل پودرهای مبتنی بر آهن، نیکل و کبالت هستند و معمولاً در پوشش‌دهی لیزری استفاده می‌شوند. آن‌ها مقاومت عالی در برابر خوردگی و اکسیداسیون ارائه می‌دهند.

پودرهای کامپوزیتیاین‌ها سرامیک‌های با نقطه ذوب بالا مانند کاربیدها، نیتریدها و بوریدها را با فلزات ترکیب می‌کنند و پودرهائی را تشکیل می‌دهند که برای تولید پوشش‌های مقاوم در برابر سایش ایده‌آل هستند.

پودرهای سرامیکیشامل سرامیک‌های مبتنی بر اکسید مانند اکسید آلومینیوم و اکسید زیرکونیوم که معمولاً برای تولید پوشش‌های مقاوم در برابر حرارت استفاده می‌شوند.

پودرهای آلیاژی دیگرپودرهای آلیاژی تخصصی دیگر از جمله بر پایه مس، تیتانیوم و آلومینیوم نیز بسته به نیازمندی‌های کاربرد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نتیجه‌گیری

پوشش‌دهی لیزری این فناوری به طور گسترده در صنایعی مانند هوافضا، خودروسازی، پتروشیمی، متالوژی و حمل و نقل ریلی برای تعمیر و بهبود قطعات حیاتی استفاده می‌شود. با ارائه یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه برای تعمیر قطعات آسیب‌دیده،, پوشش‌دهی لیزری هزینه‌ها را کاهش می‌دهد، بهره‌وری را افزایش می‌دهد و عملکرد را بهبود می‌بخشد. با پیشرفت‌های حاصل‌شده در لیزرهای پرقدرت و کاهش هزینه‌های تولید،, پوشش‌دهی لیزری در حال تبدیل شدن به یک موضوع داغ در هر دو پژوهش دانشگاهی و صنعتی است.