Лазерлік қаптау , сондай-ақ лазерлік металл тұндыру немесе лазерлік қабаттастыру дәнекерлеуі деп те аталады, бұл беттік инженерияның және аддитивті өндірістің озық технологиясы. Ол жылу көзі ретінде жоғары энергиялы лазер сәулесін пайдаланады, ол металл ұнтағын немесе сымды дайындаманың бетіне синхронды түрде жеткізіледі, негізгі материалға металлургиялық жолмен байланысқан жоғары өнімді қаптау қабатын құрайды. Бұл процесс жай ғана материалды қабаттау емес, сонымен қатар физика, металлургия және материалтанудың дәл және басқарылатын өзара әрекеттесуін қамтиды.

1. Технологиялық принциптер және негізгі процестердің бөлінуі

Қазіргі заманғы лазерлік қаптау - бұл негізінен жоғары қуатты лазерден, материалды жеткізу жүйесінен, қозғалысты басқару жүйесінен және нақты уақыт режиміндегі бақылау жүйесінен тұратын жоғары интеграцияланған және автоматтандырылған жүйе. Негізгі процесс ағынын келесідей бөлуге болады:

Лазер мен материалдың өзара әрекеттесуі:
Жоғары қуатты лазер сәулесі (әдетте қуат тығыздығымен) кезде 10^4 ~ 10^6 Вт/см²) негізгі материалдың бетіне бағытталған кезде кішкентай балқытылған бассейн пайда болады (әдетте миллиметр диапазонында). Бұл процесс миллисекундтан секундқа дейін жүреді, мұнда лазер энергиясы бүкіл дайындаманы қыздырмай, негіздің беті мен енгізілген ұнтақпен таңдамалы түрде сіңіріледі.

Синхрондалған материалды жеткізу:
Қазіргі уақытта ұнтақты жеткізудің екі негізгі әдісі бар:

• Коаксиалды ұнтақты беруҰнтақ дөңгелек саптамадан жеткізіледі, балқытылған бассейнге коаксиалды және біркелкі түрде енгізіледі. Бұл әдіс 3D күрделі құрылымды жөндеу немесе қоспа өндірісі үшін өте қолайлы, себебі оған сканерлеу бағыты әсер етпейді.
• Осьтен тыс ұнтақты беруҰнтақ лазер сәулесінің бір жағынан жеткізіледі. Жүйе қарапайым, бірақ қалыптастыру әсері бағытқа сезімтал, бұл оны 2D беттік жабындарға қолайлы етеді.

Ұнтақ тасымалдаушы газ түрінде (әдетте аргон немесе азот) дәл бақыланатын ағын жылдамдығымен (әдетте минутына бірнеше грамнан минутына ондаған грамға дейін) жеткізіледі, бұл материалдың тиімділігін және жабын құрамының тұрақтылығын қамтамасыз етеді.

Металлургиялық байланыс және тез қатаю:
Инъекцияланған ұнтақ та, негізгі материал беті де балқытылады және балқытылған бассейнде қарқынды легирлеу және диффузиялық процестерден өтеді. Негізгі материалдың үлкен жылу раковинасының арқасында балқытылған бассейн тез салқындайды (... дейін) 10^3 ~ 10^6 К/с), екі негізгі нәтижеге әкеледі:

• Металлургиялық байланысҚаптау қабаты мен негіз арасында күшті атом деңгейіндегі байланыс пайда болады, байланыс беріктігі әдетте дәстүрлі термиялық бүріккіш жабындарға қарағанда асып түседі және тіпті негізгі материалдың өзінің беріктігіне жақындайды.
• Ұсақ дәнді нығайтуТез қатаю нәтижесінде ұсақ дендриттер немесе мартенсит немесе аустенит сияқты тепе-теңдіксіз фазалар пайда болады, бұл жабынның қаттылығын, тозуға төзімділігін және коррозияға төзімділігін айтарлықтай арттырады.

2. Терең талдау: дәстүрлі әдістерден тыс артықшылықтар

Лазерлік қаптаманың артықшылықтары оның «жоғары энергия тығыздығы және төмен жалпы жылу шығыны» сипаттамаларынан туындайды, бұл оны дәл жөндеу және жоғары деңгейлі өндірісте ерекшелендіреді.

1. Теңдесі жоқ өңдеу икемділігі мен дәлдігі
   CNC жүйелерінің немесе роботтық интеграцияның арқасында, лазерлік қаптау жол бағдарламамен толығымен анықталады. Бұл материалдарды жөндеуді қажет ететін жергілікті жерлерге, мысалы, тозған пышақ жиегіне немесе тығыздағыш сақина ойығына дәл «жазуға» болатынын білдіреді, бұл тор пішініне жақын пішінге қол жеткізуге және кейінгі өңдеу рұқсаттарын айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді. Бұл мүмкіндік лазерлік қаптау сияқты құнды компоненттерді жөндеуде өте маңызды аэроғарыштық қозғалтқыш қалақтары or үлкен дизельді қозғалтқыштың иінді біліктері.
2. Кең материалдық үйлесімділік және функционалдық тұрғыдан бағаланған дизайн
   Лазерлік қаптау ұнтаққа айналдыруға болатын кез келген металл материалын, соның ішінде никель негізіндегі, кобальт негізіндегі, темірге негізделген қорытпалар, сондай-ақ вольфрамның карбиді және басқа металл матрицалық композиттер. Ең бастысы, ол жасай алады функционалдық дәрежелі материалдарЕкі немесе одан да көп ұнтақтың ұнтақ беру коэффициентін динамикалық түрде өзгерту арқылы қасиеттері біртіндеп өзгеретін жабындар алуға болады, бұл жылу кеңею коэффициенттерінің сәйкес келмеуінен туындаған ішкі кернеулерді азайтуға және әртүрлі материалдарды дәнекерлеудегі жаһандық мәселелерді шешуге көмектеседі.
3. Ерекше жабын сапасы мен тығыздығы
   Бұл процесс толық балқуды және қатаюды қамтитындықтан, нәтижесінде пайда болған қаптама қабатының тығыздығы 100%-ға жуық, кеуектілігі немесе оксид қоспалары жоқ дерлік. Бұл микроскопиялық қуыстар мен қабатты құрылымдарды қамтитын термиялық бүріккіш жабындармен күрт қарама-қайшы келеді. Нәтижесінде, лазерлік қаптау жабындар коррозияға, шаршауға төзімділікке және соққыға төзімділікке жоғары өнімділік береді, бұл оларды қатты сұйық коррозия және бөлшектер эрозиясына ұшыраған орта үшін өте қолайлы етеді.
4. Өте төмен температура әсер ететін аймақ пен дайындаманың деформациясын бақылау
   Лазер өте жоғары локализацияланған температураны тудырғанымен, оның қысқа әсер ету уақыты жалпы жылу шығыны сияқты процестерге қарағанда әлдеқайда төмен екенін білдіреді доғалық дәнекерлеу or плазмалық тасымалданған доғалық қаптама. Бұл мыналарға әкеледі:
   • Тар жылу әсер ететін аймақ (HAZ)HAZ енін басқаруға болады 0.1-1.0mm, дәстүрлі дәнекерлеудің бірнеше миллиметр немесе одан да көп миллиметрлерінен әлдеқайда кіші, яғни негізгі материалдың механикалық қасиеттеріне әсері минималды.
   • Өңделетін бөліктің елеусіз деформациясыЖіңішке біліктер, жұқа қабырғалы қабық компоненттері және басқа да нәзік бөлшектер үшін, лазерлік қаптау айтарлықтай деформациясыз (әдетте ондаған микрометр шегінде басқарылады) үлкен аумақты, жоғары өнімді жабын түзілуіне қол жеткізе алатын жалғыз технология болып табылады, осылайша күрделі түзету процестерін болдырмайды.
5. Автоматтандыру және сандық интеграцияның жоғары деңгейі
   Лазерлік қаптау өздігінен а 3D деректерге негізделген өңдеу техникасы. Оны заманауи технологияларға біркелкі біріктіруге болады CAD/CAM/CAE сандық өндіріс жұмыс процестері. Сатып алу арқылы 3D модель Зақымдалған бөлшекті кері инженерия арқылы өңдеу, оны бастапқы жобалау моделімен салыстыру және жөндеуге арналған өңдеу жолдарын автоматты түрде жасау арқылы қайта жасау процесі болжамды, қайталанатын және бақыланатын болады. Бұл лазерлік қаптау мақсатқа жетудің негізгі технологиясы Өнеркәсіп 4.0 және ақылды зауыттар.

3. Ағымдағы жағдай және озық қолданыстар

Қазіргі уақытта лазерлік қаптау технологиясы жоғары тиімділікке ( жоғары жылдамдықты лазерлік қаптау сияқты әзірлемелермен ), үлкен масштабтарға (мысалы, үлкен кеме пропеллерлерін жөндеу үшін робототехниканы пайдалану ), көп энергиялы өріс композиттеріне (мысалы, лазерлік-доғалы гибридті қаптау ) және интеллектуалды процестерді бақылауға (балқытылған бассейннің күйін нақты уақыт режимінде бақылау және сапаны қамтамасыз ету үшін параметрлерді автоматты түрде реттеу үшін көру сенсорлары мен жасанды интеллект арқылы) қарай тез дамып келеді.

қорытынды

Қорытындылай келе, лазерлік қаптау мамандандырылған өңдеу техникасынан заманауи жоғары сапалы жабдықтарды өндіру мен қайта өңдеудегі негізгі процеске айналды. Энергия мен материалды жеткізуді дәл бақылау арқылы ол белгілі бір жерлерде жоғары өнімді металдардың «өсуіне» мүмкіндік береді, бұл ерекше өнімділік, шығындардың тиімділігі және қоршаған ортаға зиянсыздықты теңестіретін салалар үшін ең жақсы шешім ұсынады.