Laserteknologi har i lang tid været kendt for sin udbredte anvendelse til svejsning, skæring og mærkning. I de sidste to år, med den gradvise popularisering af laserrensning, er begrebet laseroverfladebehandling blevet mere og mere i fokus for folks opmærksomhed og dukket op i folks sind. Laserbehandling er berøringsfri, meget fleksibel, højhastigheds- og støjfri, med en lille varmepåvirket zone og ingen skader på underlaget, ingen forbrugsstoffer og miljøvenlig og kulstoffattig.
Ud over laserrensning har laseroverfladebehandling faktisk mange anvendelseskategorier, såsom laserpolering, laserbeklædning, laser quenching osv. Disse metoder bruges til at ændre specifikke fysiske og kemiske egenskaber af materialets overflade, såsom at gøre overfladeprocessen hydrofob, eller ved at bruge laserimpulser til at generere små fordybninger med en diameter på ca. 10 mikron og en dybde på kun nogle få mikron for at øge ruheden og forbedre overfladevedhæftningen.
Udover laserrensning, kender du følgende laseroverfladebehandlingsmetoder?
01. Laser quenching
Laserquenching er en af løsningerne til behandling af komplekse dele med høj belastning. Det kan få dele med højt slid såsom knastaksler og bukkeværktøj til at modstå højere belastninger og forlænge levetiden.
Dens princip er at omarrangere kulstofatomerne i metalgitteret (austenisering) ved at opvarme overfladen af det kulstofholdige emne til lidt under smeltetemperaturen (900-1400 grad absorberes 40 % af strålingseffekten), og derefter laserstrålen opvarmer overfladen stabilt langs tilførselsretningen. Når laserstrålen bevæger sig, afkøles det omgivende materiale hurtigt, og metalgitteret kan ikke vende tilbage til sin oprindelige form, hvorved der produceres martensit, som øger hårdheden markant.
Hærdningsdybden af det ydre lag af kulstofstål opnået ved laserhærdning er normalt 0.1-1,5 mm og kan være 2,5 mm eller mere på nogle materialer. Sammenlignet med traditionelle bratkølingsmetoder er dens fordele:
1. Målvarmetilførslen er begrænset til det samme område, så der er næsten ingen komponentforvridning under behandlingen. Omarbejdningsomkostninger reduceres eller endda helt elimineret:
2. Det kan også hærde på komplekse geometriske overflader og præcisionsdele, og kan opnå præcis hærdning af lokalt begrænsede funktionelle overflader, der ikke kan bratkøles med traditionelle bratkølingsmetoder:
3. Ingen forvrængning. Traditionelle hærdningsprocesser producerer deformationer på grund af højere energitilførsel og bratkøling, men i laserhærdningsprocesser kan varmetilførslen styres præcist på grund af laserteknologi og temperaturstyring. Komponenten forbliver næsten i sin oprindelige tilstand:
4. Komponentens hårdhedsgeometri kan ændres "øjeblikkeligt". Det betyder, at der ikke er behov for at konvertere optik/hele systemet.
02. Laserteksturering
Laserteksturering er et af procesmidlerne til overflademodifikation af metalmaterialer. Under struktureringsprocessen skaber laseren regelmæssigt arrangerede geometrier i laget eller substratet for at ændre de tekniske egenskaber målrettet og udvikle nye funktioner. Processen er groft sagt at bruge laserstråling (normalt kortpulslasere) til at generere regelmæssigt arrangerede geometrier på overfladen på en reproducerbar måde. Laserstrålen smelter materialet på en kontrolleret måde og størkner til en defineret struktur gennem passende processtyring.
For eksempel tillader en hydrofob overfladestruktur vand at strømme væk fra overfladen. Denne funktion kan opnås ved at skabe submikronstrukturer på overfladen med ultrakorte pulslasere, og den struktur, der skal skabes, kan styres præcist ved at ændre laserparametrene. Den modsatte effekt, såsom hydrofil overflade, kan også opnås:
Til maling af bilpaneler skal "mikrohuller" være jævnt fordelt på overfladen af den tynde plade for at forbedre vedhæftningen af malingen. En pulserende laserstråle med en frekvens på tusinder til titusindvis af gange i sekundet fokuseres og falder ind på rullens overflade. En lillebitte smeltebassin dannes på den rullende overflade ved fokuspunktet. Samtidig blæses det lille smeltebassin sidelæns for at lade smelten i smeltebassinet samle sig så meget som muligt til kanten af smeltebassinet i henhold til de specificerede krav for at danne en bueformet nav. Disse små knasts og mikro-gruber kan ikke kun øge ruheden af materialeoverfladen og øge vedhæftningen af malingen, men også øge materialets overfladehårdhed og forlænge levetiden.
Nogle karakteristika genereres af laserstrukturering, såsom friktionsegenskaberne eller elektrisk og termisk ledningsevne af nogle metalmaterialer. Derudover øger laserstrukturering også emnets limstyrke og levetid.
Shuishang Boguang
Sammenlignet med traditionelle metoder er overfladelaserstrukturering mere miljøvenlig og kræver ikke yderligere sandblæsningsmidler eller kemikalier: Laseren, der kan gentages og præcist, opnår en kontrolleret struktur nøjagtig til mikron og er meget nem at replikere: Lav vedligeholdelse sammenlignet med mekaniske værktøjer, der slides hurtigt, laseren er berøringsfri og derfor absolut slidfri: Der kræves ingen efterbehandling, og der efterlades ingen smelte eller andre forarbejdningsrester på de laserbehandlede dele.
03. Laser farverig overfladebehandling
Laser temperering bruges ofte i laser farverig overfladebehandling, også kendt som laser farvemarkering. Procesprincippet er, at når laseren opvarmer materialet, opvarmes metallet til lidt under dets smeltepunkt. Under passende procesparametre vil portens struktur ændre sig: et oxidlag vil blive dannet på overfladen af emnet. Når denne film udsættes for lys, interfererer det indfaldende lys og får forskellige tempereringsfarver til at fremstå på dette tidspunkt. Det farverige mærkningslag, der genereres på overfladen, ændres med forskellige betragtningsvinkler. Mærkets mønster vil også skifte til forskellige farver. Disse farver forbliver stabile ved temperaturer op til omkring 200 "C. Ved højere temperaturer vil porten vende tilbage til sin oprindelige tilstand - markeringen forsvinder. Overfladekvaliteten vil være fuldstændig bevaret. Den har en høj grad af sikkerhed og sporbarhed i anti- forfalskningsanvendelser I de senere år er den blevet brugt på det medicinske område. Ud over den nye sorte mærkning med ultrakorte pulslasere er den også meget velegnet til produktidentifikation, hvorved der opnås unik sporbarhed i henhold til UDI-direktivet.
04. Laserbeklædning
Det er en additiv fremstillingsproces, der er velegnet til metal og metal-keramiske hybridmaterialer. Dette kan bruges til at skabe eller ændre 3D-geometrier. Laseren kan også bruges til at reparere eller belægge dem ved hjælp af denne produktionsmetode. I rumfartssektoren bruges additiv fremstilling derfor til at reparere turbinevinger.
Ved værktøjs- og matricefremstilling kan knækkede eller slidte kanter og formede funktionelle overflader repareres eller endda pansres. Inden for energiteknologi eller petrokemikalier er lejer, ruller eller hydrauliske komponenter belagt for at beskytte mod slid og korrosion. Additiv fremstilling bruges også i bilbyggeri. Et stort antal komponenter er ændret her.
Ved konventionel lasermetalaflejring opvarmer laserstrålen først emnet lokalt og danner derefter en smeltet pool. Fint metalpulver sprøjtes derefter direkte ind i den smeltede pool fra dysen på laserbehandlingshovedet. Ved højhastigheds lasermetalaflejring er pulverpartiklerne allerede opvarmet til næsten smeltetemperaturen over substratoverfladen. Derfor kræves der mindre tid til at smelte pulverpartiklerne.
Effekten: markant øget proceshastighed. På grund af de reducerede termiske effekter kan meget varmefølsomme materialer såsom aluminiumslegeringer og støbejernslegeringer også belægges ved hjælp af højhastigheds lasermetalaflejring. Høje overfladehastigheder på op til 1500 rpm kan opnås på rotationssymmetriske overflader ved hjælp af HS-LMD-processen. cm/min. Samtidig opnås fremføringshastigheder på op til flere hundrede meter i minuttet.
Reparer dyre komponenter eller forme hurtigt og nemt med laserpulveraflejring. Skader i alle størrelser kan repareres hurtigt og næsten uden at efterlade mærker. Designændringer er også mulige. Dette sparer tid, energi og materiale. Dette er især umagen værd for dyre metaller som nikkel eller titanium. Typiske anvendelseseksempler er turbinevinger, forskellige stempler, ventiler, aksler eller støbeforme.
05. Laser varmebehandling
Tusindvis af mikrolasere (VCSEL'er) er monteret på en enkelt chip. Hver emitter er udstyret med 56 sådanne chips, og et modul består af flere emittere. Det rektangulære strålingsfelt kan indeholde millioner af mikrolasere og kan udsende adskillige kilowatt infrarød lasereffekt.
VCSEL'er genererer nær-infrarøde stråler med en strålingsintensitet på 100 W/cm² med et stort, retningsbestemt rektangulært stråletværsnit. I princippet er denne teknologi velegnet til alle industrielle processer, der kræver ekstrem høj præcision i overflade- og temperaturstyring.
Laservarmebehandlingsmoduler er særligt velegnede til opvarmning af store arealer med krævende og fleksible krav. Sammenlignet med traditionelle opvarmningsmetoder har denne nye opvarmningsproces større fleksibilitet, præcision og omkostningsbesparelser.
Denne teknologi kan bruges til at forsegle pose-type celler for at forhindre aluminiumsfolie i at rynke og derved forlænge batteriets levetid. Det kan også bruges til at tørre batteri-aluminiumsfolie, let gennemvæde solpaneler og præcist behandle opvarmningsområdet for specifikke materialer (såsom stål- og siliciumwafers).
06. Laserpolering
Mekanismen for laserpoleringsteknologi er snæver overfladesmeltning og overfladeoversmeltning, afhængig af overfladegensmeltning og genstørkning af det lasergensmeltede lag. Når metaloverfladen bestråles med en tilstrækkelig højenergilaser, gennemgår dens overflade en vis grad af omsmeltning og omfordeling, og gennem påvirkning af overfladetrækspænding og tyngdekraft opnås en glat overflade før størkning.
Hele tykkelsen af det smeltede lag er mindre end højden fra truget til toppen, således at hele det smeltede metal fyldes i det nærliggende trug. Drivkraften for denne fyldning opnås gennem kapillareffekten, mens det tykkere lag vil få det flydende metal til at flyde udad fra midten af smeltebadet. Drivkraften er den termiske kapillareffekt eller Marconi-effekten, så den kan omfordeles.
Shuici Bieguang
Anvendelsestilfælde omfatter siliciumcarbidkeramik, som bruges som optiske komponenter i lette og store teleskoper (især store og kompleksformede reflektorer). RB-SiC er et typisk høj-hårdhed, kompleksfaset materiale, og dets overfladepræcisionspoleringsteknologi er vanskelig og ineffektiv. Overfladen af RB-SiC præ-coated med Si-pulver modificeres af femtosekund laser. Efter kun 4,5 timers polering kan der opnås en optisk overflade med en overfladeruhed Sq på 4,45 nm. Sammenlignet med direkte slibning og polering øges poleringseffektiviteten med mere end 3 gange. Laserpolering er også meget brugt til polering af forme, knaster og turbineblade.
07. Laser skud peening
Laserchokforstærkning, også kendt som laser shot peening, er at bestråle overfladen af metaldele med høj energitæthed, højfokus, kortpulserende laser (λ=1053nm). Overflademetallet (eller absorptionslaget) danner øjeblikkeligt en plasmaeksplosion under påvirkning af laser med høj effekttæthed. Eksplosionschokbølgen overføres til indersiden af metaldelen under begrænsning af begrænsningslaget, hvilket får overfladekornene til at producere kompressionsplastisk deformation og opnår resterende trykspænding, kornforfining og andre overfladeforstærkende effekter i det tykkere område af delens overflade. Sammenlignet med traditionel mekanisk shotpeening har den følgende fordele:
1. Stærk retningsbestemthed: Laseren virker på metaloverfladen i en kontrollerbar vinkel med høj energikonverteringseffektivitet, mens den mekaniske projektilslagsvinkel er tilfældig:
2. Stor kraft: Det øjeblikkelige tryk, der genereres af den laserstrålende plasmasprængning, er så høj som adskillige GPa: Høj effekttæthed: Den maksimale effekttæthed for laserstødet når flere til titusinder af GW//cm2:
3. God overfladeintegritet: Laserpåvirkningen har næsten ingen sputtereffekt på overfladen, mens overflademorfologien efter mekanisk skudblæsning beskadiges, og der opstår spændingskoncentration.
Den maksimale trykspændingsværdi efter laserpåvirkning er bedre, og overfladens resterende trykspænding øges med omkring 40% ~ 50%, hvilket væsentligt forbedrer værdierne af relaterede indikatorer såsom træthedslevetid, høj temperaturmodstand og bøjningsdannelse af arbejdsemne. Det er blevet anvendt inden for områderne flyoverfladebehandling og overfladebehandling af flymotorer.
