1. บทนำเกี่ยวกับเทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยเลเซอร์

เทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์มีข้อดีมากมายเหนือกว่าเทคนิคการปรับปรุงพื้นผิวอื่นๆ รวมถึงขอบเขตการใช้งานที่กว้าง ความสามารถในการปรับตัวของกระบวนการสูง และความยืดหยุ่นในการประมวลผลสูง การเคลือบด้วยเลเซอร์สามารถใช้สร้างการเคลือบโลหะผสมที่มีคุณสมบัติเฉพาะ เช่น ความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน และความต้านทานการเกิดออกซิเดชันบนพื้นผิวของชิ้นส่วน การเคลือบเหล่านี้จะสร้างพันธะทางโลหะวิทยาเข้ากับวัสดุพื้นฐาน ทำให้เกิดชั้นเสริมแรงที่มีความหนาแน่นสูงและมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนได้อย่างมาก นอกจากนี้ ความหนาของชั้นการเคลือบด้วยเลเซอร์สามารถสูงถึง 10 มม. (เทียบได้กับการเชื่อม PTA แต่มีความแข็งแรงในการยึดเกาะสูงกว่ามาก) แตกต่างจากการพ่นพลาสม่าและกระบวนการอื่นๆ การเคลือบด้วยเลเซอร์มีการควบคุมการป้อนความร้อนที่แม่นยำกว่า ส่งผลให้ชิ้นงานเสียรูปน้อยที่สุด

อย่างไรก็ตาม การเคลือบด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการหลอมและแข็งตัวอย่างรวดเร็ว ซึ่งในระหว่างนั้นอุณหภูมิของวัสดุหลอมเหลวจะผันผวนอย่างรวดเร็วในช่วงเวลาสั้นมาก ส่งผลให้เกิดความเค้นทางความร้อนสะสม ซึ่งอาจทำให้ชั้นเคลือบแตกร้าวได้ง่าย ประเภทและสาเหตุของการแตกร้าวมีดังต่อไปนี้:

2. ประเภทของการแตกร้าวและสาเหตุของการแตกร้าว

1. รอยแตกร้าวจากความเย็น (เกิดขึ้นระหว่างการเย็นตัว)

การแตกร้าวจากความเย็นส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงขั้นตอนการเย็นตัวของกระบวนการเคลือบผิว สาเหตุเกิดจากความเค้นทางความร้อนที่เกินกว่าความแข็งแรงดึงของวัสดุ อันเนื่องมาจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างบ่อหลอมเหลวกับพื้นผิว เพื่อแก้ไขปัญหานี้ มักใช้มาตรการดังต่อไปนี้:

• การอบอุ่นล่วงหน้าการอุ่นพื้นผิววัสดุก่อนการเคลือบด้วยเลเซอร์สามารถลดความแตกต่างของอุณหภูมิและชะลออัตราการเย็นตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงช่วยลดความเค้นจากความร้อนและป้องกันการแตกร้าวได้ อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิในการอุ่นต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำ หากอุณหภูมิสูงเกินไป อาจทำให้พื้นผิวร้อนเกินไป เกิดการขยายขนาดของเกรน หรือแม้กระทั่งการเสียรูปของชิ้นส่วน ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำของขนาด
• การออกแบบชั้นการเปลี่ยนผ่านการเพิ่มชั้นเปลี่ยนผ่านระดับกลางที่เข้ากันได้กับทั้งวัสดุพื้นฐานและชั้นเคลือบ จะช่วยลดความเครียดที่เกิดจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกัน ซึ่งจะช่วยลดแนวโน้มการแตกร้าวได้ แม้ว่าวิธีนี้จะมีประสิทธิภาพ แต่ก็เพิ่มความซับซ้อนของกระบวนการและต้นทุนการผลิต

2. รอยแตกร้าวขณะร้อน (เกิดขึ้นระหว่างการแข็งตัว)

โดยทั่วไป การแตกร้าวขณะร้อนมักเกิดขึ้นในช่วงท้ายของขั้นตอนการแข็งตัวของของเหลวหลอมเหลว สาเหตุหลัก ได้แก่:

• ตะกรันและสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะหากผงโลหะผสมมีส่วนประกอบที่ไม่ใช่โลหะในปริมาณมาก (เช่น กำมะถัน ฟอสฟอรัส หรือสิ่งเจือปนที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ) ส่วนประกอบเหล่านี้อาจไม่หลอมเหลวหรือลอยออกจากโลหะหลอมเหลวอย่างสมบูรณ์ และอาจติดอยู่ในโครงสร้างที่แข็งตัวแล้ว ทำให้เกิดรอยแตกภายใต้ความเค้นได้
• ความไม่ตรงกันของพารามิเตอร์กระบวนการหากตั้งค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น กำลังเลเซอร์ ความเร็วในการสแกน และอัตราการป้อนผงโลหะไม่ถูกต้อง บ่อหลอมอาจไม่มีเวลาเพียงพอที่จะทำปฏิกิริยาหรือปล่อยให้ส่วนประกอบที่ไม่ใช่โลหะลอยตัวออกมา ในกรณีเช่นนี้ ควรเพิ่มกำลังเลเซอร์ให้เหมาะสม หรือลดความเร็วในการสแกนลงเพื่อยืดระยะเวลาที่บ่อหลอมอยู่ในสถานะของเหลว ซึ่งจะช่วยให้สิ่งเจือปนลอยตัวขึ้นและก๊าซระเหยออกไปได้ง่ายขึ้น จึงช่วยลดความเสี่ยงของการแตกร้าวขณะร้อนได้

3. รอยแตกร้าวจากการกลึง (เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการหลังการกลึง)

ชั้นเคลือบด้วยเลเซอร์อาจเกิดการแตกร้าวทางกลระหว่างกระบวนการหลังการผลิต เช่น การกลึงหรือการกัด ชั้นเคลือบมักประกอบด้วยเฟสที่แข็งและเปราะ (เช่น คาร์ไบด์และโบริด) ซึ่งหากได้รับแรงตัดมากเกินไปหรือการใช้เครื่องมือที่ไม่เหมาะสม อาจทำให้เกิดการกระจุกตัวของความเค้นเฉพาะจุด ส่งผลให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กหรือแม้แต่การหลุดร่อนในระดับมหภาค เพื่อป้องกันปัญหานี้ ควรปรับปรุงวิธีการตัดเฉือนดังต่อไปนี้:

• เลือกวัสดุของเครื่องมือตัดและมุมทางเรขาคณิตที่เหมาะสม
• ควบคุมความลึกในการตัดและอัตราการป้อน
• ใช้สารหล่อลื่นน้อยที่สุดหรือใช้วิธีการระบายความร้อนด้วยอุณหภูมิต่ำเพื่อลดอุณหภูมิและแรงในการตัด

3. สรุปและแนวทางแก้ไข

การแตกร้าวในชั้นเคลือบผิวด้วยเลเซอร์เป็นผลมาจากปัจจัยหลายประการรวมกัน ได้แก่ คุณสมบัติของวัสดุ พารามิเตอร์ของกระบวนการ และสภาวะความเค้น Greenstone-Tech แนะนำแนวทางที่ครอบคลุมในการควบคุมการแตกร้าวระหว่างการใช้งาน ซึ่งรวมถึง:

• การเลือกผงโลหะผสม: การเลือกผงโลหะผสมที่เหมาะสมซึ่งตรงกับประสิทธิภาพที่ต้องการและลดความเสี่ยงของการแตกร้าว
• การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการ: ปรับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น กำลังเลเซอร์ ความเร็วในการสแกน และอัตราการป้อนผง เพื่อให้ได้การเคลือบที่สม่ำเสมอและมีคุณภาพสูง
• กลยุทธ์การอุ่นก่อนและหลังการบำบัด: การใช้กระบวนการให้ความร้อนก่อนการหุ้มและการปรับปรุงคุณสมบัติหลังการหุ้ม เช่น การอบชุบด้วยความร้อน เพื่อลดความเครียดภายในและเพิ่มคุณสมบัติของวัสดุ
• การประสานงานการตัดเฉือน: ปรับปรุงกระบวนการหลังการผลิตให้เหมาะสมเพื่อลดความเค้นทางกลและป้องกันการแตกร้าว

ด้วยการควบคุมปัจจัยเหล่านี้อย่างเป็นระบบ จึงสามารถยับยั้งการแตกร้าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ และทำให้ได้ชั้นผิวเคลือบที่สมบูรณ์ หนาแน่น และมีประสิทธิภาพสูง