Laseroverflatebehandling er en teknologi som bruker laserstråle med høy effekttetthet for å varme opp materialoverflaten på en berøringsfri måte, og realiserer sin overflatemodifikasjon ved hjelp av ledende kjøling av selve materialoverflaten.Det er fordelaktig å forbedre de mekaniske og fysiske egenskapene til materialoverflaten, så vel som slitestyrken, korrosjonsbestandigheten og utmattelsesbestandigheten til delene.I de senere årene har laseroverflatebehandlingsteknologier som laserrensing, laserslukking, laserlegering, laserstøtforsterkning og lasergløding, samt laserkledning, 3D-laserutskrift, lasergalvanisering og andre produksjonsteknologier for lasertilsetninger innledet brede bruksmuligheter .
1. Laser rengjøring
Laserrengjøring er en raskt utviklende ny overflaterengjøringsteknologi, som bruker høyenergipulslaserstråle for å bestråle overflaten av arbeidsstykket, slik at smuss, partiklene eller belegget på overflaten kan fordampe eller utvide seg umiddelbart, og dermed oppnå renseprosessen og rensing.Laserrengjøring er hovedsakelig delt inn i rustfjerning, oljefjerning, malingsfjerning, beleggfjerning og andre prosesser;Den brukes hovedsakelig til metallrengjøring, rengjøring av kulturminner, arkitekturrengjøring, etc. Basert på dens omfattende funksjoner, nøyaktig og fleksibel behandling, høy effektivitet og energisparing, grønn miljøvern, ingen skade på underlaget, intelligens, god rengjøringskvalitet, sikkerhet, bred anvendelse og andre egenskaper og fordeler, har det blitt stadig mer populært i ulike industrielle felt.
Sammenlignet med tradisjonelle rengjøringsmetoder som mekanisk friksjonsrengjøring, kjemisk korrosjonsrengjøring, flytende fast støtrengjøring, høyfrekvent ultralydsrengjøring, har laserrensing åpenbare fordeler.
2. Laserslukking
Laserquenching bruker høyenergilaser som varmekilde for å gjøre metalloverflaten varm og kald raskt.Bråkjølingsprosessen fullføres øyeblikkelig for å oppnå høy hardhet og ultrafin martensittstruktur, forbedre hardheten og slitestyrken til metalloverflaten og danne trykkspenning på overflaten for å forbedre utmattelsesmotstanden.Kjernefordelene med denne prosessen inkluderer liten varmepåvirket sone, liten deformasjon, høy grad av automatisering, god fleksibilitet ved selektiv bråkjøling, høy hardhet av raffinerte korn og intelligent miljøvern.For eksempel kan laserpunktet justeres for å slukke hvilken som helst breddeposisjon;For det andre kan laserhodet og flerakset robotkobling slukke det angitte området av komplekse deler.For et annet eksempel er laserquenching ekstremt varm og rask, og bråkjølingsspenningen og deformasjonen er liten.Deformasjonen av arbeidsstykket før og etter laserquenching kan nesten ignoreres, så det er spesielt egnet for overflatebehandling av deler med høye presisjonskrav.
For tiden har laserslukking blitt brukt med hell på overflateforsterkning av sårbare deler i bilindustrien, formindustrien, maskinvareverktøy og maskinindustrien, spesielt for å forbedre levetiden til sårbare deler som gir, akseloverflater, føringer, kjever og former.Egenskapene til laserslukking er som følger:
(1) Laserquenching er en rask oppvarming og selveksiterende kjøleprosess, som ikke krever ovnens varmekonservering og kjølevæskeslukking.Det er en forurensningsfri, grønn og miljøvennlig varmebehandlingsprosess, og kan enkelt implementere jevn slukking på overflaten av store muggsopp;
(2) Ettersom laseroppvarmingshastigheten er høy, er den varmepåvirkede sonen liten, og overflateskanningsoppvarmingsavkjølingen, det vil si øyeblikkelig lokal oppvarmingsavkjøling, er deformasjonen av den behandlede dysen veldig liten;
(3) På grunn av den lille divergensvinkelen til laserstrålen, har den god retningsevne, og kan nøyaktig lokalt slukke formoverflaten gjennom lysledersystemet;
(4) Den herdede sjiktdybden ved bråkjøling med laseroverflate er vanligvis 0,3-1,5 mm.
3. Lasergløding
Lasergløding er en varmebehandlingsprosess som bruker laser for å varme opp materialoverflaten, utsette materialet for høy temperatur i lang tid, og deretter sakte avkjøle det.Hovedformålet med denne prosessen er å frigjøre stress, øke materialets duktilitet og seighet, og produsere spesiell mikrostruktur.Den er preget av evnen til å justere matrisestrukturen, redusere hardhet, foredle korn og eliminere indre stress.De siste årene har laserglødingsteknologi også blitt en ny prosess i halvlederprosesseringsindustrien, noe som i stor grad kan forbedre integreringen av integrerte kretser.
4. Laserstøtforsterkning
Lasersjokkforsterkende teknologi er en ny og høyteknologi som bruker plasmasjokkbølgen generert av sterk laserstråle for å forbedre anti-tretthet, slitestyrke og korrosjonsmotstand til metallmaterialer.Den har mange enestående fordeler, som ingen varmepåvirket sone, høy energieffektivitet, ultrahøy tøyningshastighet, sterk kontrollerbarhet og bemerkelsesverdig styrkende effekt.Samtidig har lasersjokkforsterkning egenskapene til dypere gjenværende trykkspenning, bedre mikrostruktur og overflateintegritet, bedre termisk stabilitet og lengre levetid.De siste årene har denne teknologien oppnådd rask utvikling, og har en stor rolle innen romfart, nasjonalt forsvar og militær industri og andre felt.I tillegg brukes belegget hovedsakelig for å beskytte arbeidsstykket mot laserforbrenninger og forbedre absorpsjonen av laserenergi.For tiden er de vanligste beleggmaterialene svart maling og aluminiumsfolie.
Laser-peening (LP), også kjent som laser shock peening (LSP), er en prosess som brukes innen overflateteknikk, det vil si bruken av pulserende høyeffektlaserstråler for å generere gjenværende spenninger i materialer for å forbedre slitestyrken (som slitestyrke og utmattelsesmotstand) av materialoverflater, eller for å forbedre styrken til tynne seksjoner av materialer for å forbedre overflatehardheten til materialer.
I motsetning til de fleste materialbehandlingsapplikasjoner, bruker ikke LSP laserkraft til varmebehandling for å oppnå ønsket effekt, men bruker strålestøt for mekanisk prosessering.Høyeffekt laserstråle brukes til å påvirke overflaten av målarbeidsstykket med høyeffekts kort puls.
Lysstrålen treffer metallarbeidsstykket, fordamper arbeidsstykket til en tynn plasmatilstand umiddelbart og påfører sjokkbølgetrykk på arbeidsstykket.Noen ganger legges et tynt lag ugjennomsiktig kledningsmateriale til arbeidsstykket for å erstatte metallfordampning.For å sette under trykk brukes andre transparente kledningsmaterialer eller treghetsinterferenslag for å fange plasma (vanligvis vann).
Plasma produserer sjokkbølgeeffekt, omformer overflatemikrostrukturen til arbeidsstykket ved støtpunktet, og genererer deretter en kjedereaksjon av metallekspansjon og kompresjon.Den dype trykkspenningen som genereres av denne reaksjonen kan forlenge levetiden til komponenten.
5. Laserlegering
Laserlegering er en ny overflatemodifikasjonsteknologi, som kan brukes til å forberede amorfe nanokrystallinske forsterkede cermet-komposittbelegg på overflaten av strukturelle deler i henhold til forskjellige driftsforhold for luftfartsmaterialer og egenskapene til laserstråleoppvarming og kondensasjonshastighet med høy energitetthet, så for å oppnå formålet med overflatemodifisering av luftfartsmaterialer.Sammenlignet med laserlegeringsteknologi har laserkledningsteknologien egenskapene til lite fortynningsforhold mellom substrat og smeltet basseng, liten varmepåvirket sone, liten termisk deformasjon av arbeidsstykket og liten skraphastighet av arbeidsstykket etter laserbekledningsbehandling.Laserkledning kan forbedre overflateegenskapene til materialer betydelig, og reparere slitte materialer.Den har egenskapene til høy effektivitet, høy hastighet, grønn miljøvern og forurensningsfri, og god ytelse av arbeidsstykket etter behandling.
6. Laserkledning
Laserbekledningsteknologi er også en av de nye overflatemodifikasjonsteknologiene som representerer utviklingsretningen og nivået av overflateteknikk.Laserkledningsteknologi har blitt et forskningshotspot innen overflatemodifisering av titanlegeringer på grunn av fordelene med forurensningsfri og metallurgisk kombinasjon mellom belegget og underlaget.Keramisk belegg med laserkledning eller keramisk partikkelforsterket komposittbelegg er en effektiv måte å forbedre overflateslitasjemotstanden til titanlegering.I henhold til de faktiske arbeidsforholdene, velg passende materialsystem, og laserbekledningsteknologien kan oppnå de beste prosesskravene.Laserbekledningsteknologi kan reparere ulike defekte deler, for eksempel aeromotorblader.
Forskjellen mellom laseroverflatelegering og laseroverflatebekledning er at laseroverflatelegering er å fullstendig blande de tilsatte legeringselementene og overflatelaget til substratet i flytende tilstand for å danne et legeringslag;Laseroverflatebekledning er å smelte all forbelegg og mikrosmelte substratoverflaten, slik at kledningssjiktet og substratmaterialet danner en metallurgisk kombinasjon og holder sammensetningen av kledningslaget i hovedsak uendret.Laserlegering og laserkledningsteknologi brukes hovedsakelig for å forbedre overflateslitasjemotstanden, korrosjonsmotstanden og graderingsmotstanden til titanlegeringer.
For tiden har laserkledningsteknologi blitt mye brukt i reparasjon og modifikasjon av metalloverflater.Men selv om tradisjonell laserkledning har fordelene og egenskapene til fleksibel prosessering, spesialformet reparasjon, brukerdefinert additiv, etc., er arbeidseffektiviteten lav, og den kan fortsatt ikke oppfylle kravene til storskala rask produksjon og prosessering i noen produksjonsfelt.For å møte behovene til masseproduksjon og forbedre effektiviteten til kledning, ble høyhastighets laserbekledningsteknologi på plass.
Høyhastighets laserkledningsteknologi kan realisere kompakt og defektfritt kledningslag.Overflatekvaliteten på kledningslaget er kompakt, metallurgisk binding med underlaget, ingen åpne defekter, og overflaten er glatt.Det kan ikke bare behandles på den roterende kroppen, men også på den plane og komplekse overflaten.Gjennom kontinuerlig teknisk optimalisering kan denne teknologien brukes mye i kull, metallurgi, offshore-plattformer, papirproduksjon, sivile apparater, biler, skip, petroleum, romfartsindustri, og bli en grønn reproduksjonsprosess som kan erstatte tradisjonell galvaniseringsteknologi.
7. Lasergravering
Lasergravering er en laserbehandlingsprosess som bruker CNC-teknologi for å projisere høyenergilaserstrålen på materialoverflaten, og bruker den termiske effekten generert av laser for å produsere klare mønstre på materialoverflaten.Den fysiske denatureringen av smelting og gassifisering av prosessmaterialer under bestråling av lasergravering kan gjøre det mulig for lasergravering å oppnå behandlingsformål.Lasergravering er å bruke laser for å gravere ord på en gjenstand.Ordene skåret ut av denne teknologien har ingen hakk, overflaten på objektet er glatt og flat, og håndskriften vil ikke bli slitt.Dens funksjoner og fordeler inkluderer: sikker og pålitelig;Nøyaktig og omhyggelig, presisjonen kan nå 0,02 mm;Spar miljøvern og materialer under behandlingen;Høyhastighets, høyhastighetsgravering i henhold til utdatategningene;Lave kostnader, ikke begrenset av behandlingsmengde, etc.
8. Laser 3D-utskrift
Prosessen tar i bruk laserkledningsteknologi, som bruker laser for å bestråle pulverstrømmen som transporteres av dysen for å direkte smelte det enkle stoffet eller legeringspulveret.Etter at laserstrålen forlater, størkner legeringsvæsken raskt for å realisere den raske prototypingen av legeringen.For tiden har det blitt mye brukt i industriell modellering, maskinproduksjon, romfart, militær, arkitektur, film og TV, husholdningsapparater, lett industri, medisin, arkeologi, kultur og kunst, skulptur, smykker og andre felt.
9. Typiske industrielle anvendelser av laser overflatebehandling og reproduksjon
For tiden er laseroverflatebehandling og additiv produksjonsteknologier, prosesser og utstyr mye brukt i metallurgi, gruvemaskiner, støpeformer, petroleumskraft, maskinvareverktøy, jernbanetransport, romfart, maskiner og andre industrier.
10. Anvendelse av laser galvaniseringsteknologi
Laser galvanisering er en ny høyenergi stråle galvanisering teknologi, som er av stor betydning for produksjon og reparasjon av mikroelektroniske enheter og storskala integrerte kretser.For tiden, selv om prinsippet om lasergalvanisering, laserablasjon, plasmalaseravsetning og laserstråle fortsatt er under forskning, har deres teknologier blitt brukt.Når en kontinuerlig laser eller pulslaser bestråler katodeoverflaten i galvaniseringsbadet, kan ikke bare avsetningshastigheten av metall forbedres betydelig, men også datamaskinen kan brukes til å kontrollere banen til laserstrålen for å oppnå det uskjermede belegget av forventet kompleks geometri.
Bruken av lasergalvanisering i praksis er hovedsakelig basert på følgende to egenskaper:
(1) Hastigheten i laserbestrålingsområdet er mye høyere enn elektropletteringshastigheten i kroppen (omtrent 103 ganger);
(2) Laserens kontrollevne er sterk, noe som kan få den nødvendige delen av materialet til å utfelle den nødvendige mengden metall.Vanlig galvanisering finner sted på hele elektrodesubstratet, og galvaniseringshastigheten er lav, så det er vanskelig å danne komplekse og fine mønstre.Lasergalvanisering kan justere laserstrålen til mikrometerstørrelse, og utføre uskjermet sporing på mikrometerstørrelse.For kretsdesign, kretsreparasjon og lokal avsetning på mikroelektroniske koblingskomponenter, blir denne typen høyhastighetskartlegging mer og mer praktisk.
Sammenlignet med vanlig galvanisering er fordelene:
(1) Rask avsetningshastighet, for eksempel lasergullbelegg opptil 1 μ M/s, laserkobberbelegg opptil 10 μ M/s, laserjetgullbelegg opptil 12 μ M/s, laserstrålekobberplettering opptil 50 μ m/s；
(2) Metallavsetning skjer kun i laserbestrålingsområdet, og lokalt avsetningsbelegg kan oppnås uten skjermingstiltak, og forenkler dermed produksjonsprosessen;
(3) Beleggets vedheft er sterkt forbedret;
(4) Enkel å realisere automatisk kontroll;
(5) Spar edle metaller;
(6) Spar utstyrsinvestering og behandlingstid.
Når en kontinuerlig laser eller impulslaser bestråler katodeoverflaten i elektropletteringsbadet, kan ikke bare avsetningshastigheten av metall forbedres betydelig, men også datamaskinen kan kontrollere bevegelsessporet til laserstrålen for å oppnå det uskjermede belegget med det forventede komplekset geometri.Den nåværende nye teknologien for laserjetforbedret galvanisering kombinerer den laserforbedrede galvaniseringsteknologien med sprøyting av galvaniseringsløsningen, slik at laseren og pletteringsløsningen kan skyte til katodeoverflaten samtidig, og masseoverføringshastigheten er mye raskere enn masseoverføringshastigheten av mikroomrøringen forårsaket av laserbestråling, og oppnår dermed en meget høy avsetningshastighet.
Fremtidig utvikling og innovasjon
I fremtiden kan utviklingsretningen for laseroverflatebehandling og additivt produksjonsutstyr oppsummeres som følger:
· Høy effektivitet – høy prosesseringseffektivitet, som møter den raske produksjonsrytmen til moderne industri;
· Høy ytelse - utstyret har varierte funksjoner, stabil ytelse og er egnet for forskjellige arbeidsforhold;
·Høy intelligens – intelligensnivået blir stadig bedre, med mindre manuell intervensjon;
· Lave kostnader – utstyrskostnadene er kontrollerbare, og kostnadene for forbruksvarer reduseres;
·Tilpasning – personlig tilpasning av utstyr, presis ettersalgsservice,
·Og compounding – kombinerer laserteknologi med tradisjonell prosesseringsteknologi.
Innleggstid: 17. september 2022