Laserteknologien har længe været kendt for sin udstrakte anvendelse til svejsning, skæring og mærkning, og det er først i disse to år, med den gradvise udbredelse af laserrensning, at begrebet laseroverfladebehandling er blevet mere og mere fokus for opmærksomhed og dukkede op i folks sind. Laserbehandling på en berøringsfri måde, høj fleksibilitet, høj hastighed, ingen støj, lille varmepåvirket zone uden skader på underlaget, ingen forbrugsstoffer og miljømæssigt lavt kulstofindhold.
Laser overfladebehandlinghar faktisk et meget stort antal anvendelseskategorier udover laserrensning, såsom laserpolering, laserbeklædning, laserquenching og så videre. Disse metoder bruges til at ændre de specifikke fysisk-kemiske egenskaber af materialeoverfladen, for eksempel at gøre overfladen forarbejdet til en hydrofob funktion, eller laserimpulser til at producere en diameter på omkring 10 mikron, dybden af kun nogle få mikron af små fordybninger , som en måde at øge ruheden, forbedre overfladevedhæftningen og så videre.
I tillæg tillaser rengøring, kender du følgende typer laseroverfladebehandling?
Laser quenching
Laserhærdning er en af løsningerne til bearbejdning af meget belastede og komplekse komponenter, hvilket tillader højere belastning og længere levetid for dele med stort slid, såsom knastaksler og bukkeværktøj.
Det virker ved at opvarme huden på et kulstofholdigt emne til en temperatur lidt under smeltetemperaturen (900 - 1400 grad, 40 procent af den bestrålede effekt absorberes), så kulstofatomerne i metalgitteret omarrangeres ( austenitisering), og så opvarmer laserstrålen støt overfladen i fremføringsretningen, og materialet omkring laserstrålen afkøles så hurtigt, når laserstrålen bevæger sig, at metalgitteret ikke er i stand til at vende tilbage til sin oprindelige form, hvilket resulterer i martensit, som forårsager en Dette resulterer i martensit og en betydelig stigning i hårdhed.
Dybden af hærdning af de ydre lag af kulstofstål opnået ved laserhærdning er typisk 0.1-1,5 mm og kan være 2,5 mm eller større i nogle materialer. Fordelene i forhold til konventionelle hærdningsmetoder er:
1. Målrettet varmetilførsel er begrænset til et lokaliseret område, hvilket resulterer i praktisk talt ingen komponentforvridning under bearbejdning. Omarbejdningsomkostninger reduceres eller endda elimineres helt;
2. hærdning selv på komplekse geometrier og præcisionskomponenter, hvilket muliggør præcis hærdning af lokalt begrænsede funktionelle overflader, der ikke kan hærdes ved konventionelle hærdningsmetoder;
uden forvrængning. Konventionelle hærdningsprocesser producerer forvrængning på grund af højere energitilførsel og bratkøling, men under laserhærdning kan varmetilførslen styres præcist på grund af laserteknologi og temperaturstyring. Komponenten forbliver praktisk talt uberørt;
Komponentens hårdhedsgeometri kan ændres hurtigt og "on the fly". Det betyder, at der ikke er behov for at konvertere optikken/hele systemet.
Laser behåring
Lasergrossing er et af procesværktøjerne til overflademodifikation af metalliske materialer. I struktureringsprocessen skaber laseren regelmæssigt arrangerede geometrier i lag eller substrater for målrettet at modificere tekniske egenskaber og udvikle nye funktioner. Processen involverer generelt brugen af laserstråling (normalt korte pulser af laserlys) til at generere regelmæssigt arrangerede geometrier på en overflade på en reproducerbar måde. Laserstrålen smelter materialet på en kontrolleret måde og størknes til den definerede struktur ved passende processtyring.
For eksempel tillader hydrofobe overfladestrukturer vand at flyde væk fra overfladen. At skabe sub-mikron strukturer på overflader med ultrakorte pulserende lasere gør det muligt at realisere denne egenskab, og den struktur, der skal skabes, kan styres præcist ved at variere laserparametrene. Den modsatte effekt, f.eks. hydrofile overflader, kan også realiseres.
Automotive paneler til at male, skal du gøre overfladen af den tynde plade ensartet fordeling af "mikro-pit" for at forbedre vedhæftningen af maling, med tusinder til titusinder af gange i sekundet pulserende laserstråle fokuserer på overfladen af rullen indfaldende på rullen, i fokuspunktet på rulleoverfladen for at danne en lille opløselig pool, samtidig på siden af den mikroopløselige pool blæser, således at den opløselige pool af smeltet materiale i henhold til de specificerede krav så meget som muligt hober sig op til poolen! Kanten af dannelsen af bueformede faner, disse små faner og mikro-gruber kan ikke kun forbedre ruheden af materialeoverfladen for at øge vedhæftningen af maling, men også forbedre overfladens hårdhed af materialet for at forlænge levetiden.
Visse egenskaber genereres af laserstrukturering, såsom friktionsegenskaberne eller den elektriske og termiske ledningsevne af nogle metalliske materialer. Derudover øger laserstrukturering emnets limstyrke og levetid.
Sammenlignet med traditionelle metoder er laserstrukturering af overflader mere miljøvenlig og kræver ingen yderligere slibemidler eller kemikalier; gentagelige og præcise, lasere muliggør kontrollerede strukturer, der er nøjagtige til mikron og meget nemme at replikere; lav vedligeholdelse, lasere er berøringsfrie og derfor absolut slidfri sammenlignet med hurtigslidende mekaniske værktøjer; og der er intet behov for efterbehandling, uden smelter eller andre bearbejdningsrester efterladt på den laserbehandlede del.
Laser blændende overfladefinish
Laser temperering er almindeligt anvendt i laser blændende overfladebehandling, også kendt som laser farvemarkering. Princippet i processen er, at laseropvarmningsmaterialet, metallet lokal opvarmning til lidt under dets smeltepunkt, i de passende procesparametre, på dette tidspunkt vil portens struktur ændre sig; i overfladen af arbejdsemnet vil danne et oxidlag, dette lag af film i lysbestrålingen, den indfaldende lysinterferens, således at en række forskellige tempereringsfarver på dette tidspunkt, overfladen af laget genereret af dette lag af farverige mærkningslag, Uden at det er nødvendigt at ændre iagttagelsesvinklen, vil markeringsmønsteret blive ændret fra en række forskellige farver.
Disse farver forbliver temperaturstabile op til ca. 200 grader. Ved højere temperaturer vender porten tilbage til sin oprindelige tilstand - markeringen forsvinder. Overfladekvaliteten bevares intakt. En høj grad af sikkerhed og sporbarhed opnås i applikationer til bekæmpelse af forfalskning. Udover den nye sorte mærkning med ultrakorte pulserende lasere, som er blevet veletableret inden for det medicinske teknologiske område i de senere år, er den også velegnet til produktmærkning og dermed til unik sporbarhed i henhold til UDI-direktivet.
Lasersmeltning
Det er en additiv fremstillingsproces, der er velegnet til metal og metal-keramiske hybridmaterialer. Hermed kan 3D-geometrier oprettes eller ændres. Ved hjælp af denne produktionsmetode kan lasere også bruges til reparation eller belægning. I luft- og rumfartssektoren bruges således additiv fremstilling til at reparere turbinevinger.
Ved værktøjs- og formfremstilling kan revnede eller slidte kanter og formede funktionelle overflader repareres, eller endda lokalt pansrede. For at forhindre slid og korrosion er lejeplaceringer, ruller eller hydrauliske komponenter belagt med energiteknologi eller petrokemi. Additiv fremstilling bruges også i bilfremstilling. Talrige komponenter er ændret her.
I konventionel lasermetalbeklædning opvarmer laserstrålen først emnet lokalt og danner derefter en smeltet pool. Fint metalpulver sprøjtes derefter fra dysen på laserbehandlingshovedet direkte ind i den smeltede pool. Under højhastigheds lasermetalsmeltning er pulverpartiklerne allerede opvarmet næsten til smeltetemperatur over substratoverfladen. Som følge heraf kræves der mindre tid til at smelte pulverpartiklerne.
Effekten: en betydelig stigning i proceshastighed. På grund af mindre termiske effekter gør højhastigheds lasermetalsmeltning det også muligt at belægge materialer, der er meget varmefølsomme, såsom aluminiumslegeringer og støbejernslegeringer. Med HS-LMD-processen kan høje overfladehastigheder på op til 1500 cm²/min opnås på rotationssymmetriske overflader, mens fremføringshastigheder på op til flere hundrede meter i minuttet kan realiseres.
Dyre dele eller forme kan repareres hurtigt og nemt med laserpulver lasermetalbeklædning. Skader, store som små, kan repareres hurtigt og næsten uden mærker. Designændringer er også mulige. Dette sparer tid, energi og materiale. Især for dyre metaller som nikkel eller titanium er det ganske umagen værd. Typiske eksempler på anvendelser er turbinevinger, forskellige stempler, ventiler, aksler eller forme.
Laser varmebehandling
Tusindvis af miniaturelasere (VCSEL'er) er monteret på en enkelt chip. Hver emitter er udstyret med 56 sådanne chips, mens et modul består af flere emittere. Det rektangulære strålingsområde 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 ved hjælp af et stort, retningsbestemt rektangulært stråletværsnit. I princippet er denne teknologi velegnet til alle industrielle processer, der kræver ekstremt præcis overflade- og temperaturstyring.
Laservarmebehandlingsmoduler er særligt velegnede til opvarmning af store områder, hvor præcision og fleksibilitet er påkrævet. Sammenlignet med konventionelle opvarmningsmetoder tilbyder denne nye opvarmningsproces en højere grad af fleksibilitet, præcision og omkostningsbesparelser.
Teknologien kan bruges til at forsegle celler i poser for at forhindre, at folien rynker og dermed forlænge cellernes levetid. Det kan også bruges i applikationer såsom tørring af cellefolier, let imprægnering af solpaneler og præcis behandling af det område, der skal opvarmes til specifikke materialer såsom stål og silicium wafers.
Laser polering
Mekanismen aflaserpoleringsteknologier overfladesmal fusion og overflade over fusion, afhængig af gensmeltning af overfladen og genstørkning af det laser-omsmeltede lag. Når en metaloverflade bestråles af en laser med tilstrækkelig høj energi, gennemgår overfladen en vis grad af omsmeltning og omfordeling, og glatte overflader opnås ved overfladetrækspændinger og tyngdekraft før størkning.
Hele tykkelsen af smeltelaget er mindre end bund-til-tophøjden, hvilket gør det muligt for hele det smeltede metal at fylde de nærliggende trug, drivkraften for denne fyldning er kapillareffekten, mens et tykkere smeltelag inducerer det flydende metal at strømme ud fra midten af smeltebassinet, drivkraften for omfordelingen er den termokapillære effekt eller Marconi-effekten.
Anvendelseseksempler såsom siliciumcarbid keramik, materialet til lette og store optiske teleskopkomponenter (især store og kompleksformede spejle.) RB-SiC, som et typisk høj-hård, kompleks-fase materiale, har en vanskelig og ineffektiv teknik til præcisionspolering af overflader. Ved at modificere overfladen af RB-SiC forbelagt med Si-pulver med femtosekundlaser kan en optisk overflade med overfladeruhed Sq på 4,45 nm opnås efter kun 4,5 timers polering, hvilket forbedrer poleringseffektiviteten mere end tre gange sammenlignet med direkte slibning og polering. Laserpolering er også meget udbredt til polering af forme, knaster og turbineblade.
Laserblæsning
Laser impact peening, også kendt som laserblæsning, er en høj energitæthed, høj fokus, kort pulserende laser (λ=1053nm) bestråling af overfladen af metaldelene, overflademetal (eller absorptionslag) i høj effekttæthed af laserens rolle i den øjeblikkelige dannelse af plasmaeksplosionen, eksplosionen af stødbølgen i begrænsningerne på afgrænsningslaget af metaldelene inde i overførslen, så overfladelaget af korn producerer kompressionsplastisk deformation i overfladen lag af delene i et tykkere område Opnå resterende trykspænding, kornforfining og andre overfladeforstærkende effekter. Sammenlignet med traditionel mekanisk sprængning har følgende fordele
1. Stærk retningsbestemthed: laseren virker på metaloverfladen i en kontrolleret vinkel med høj energiomdannelseseffektivitet, mens den mekaniske projektilslagsvinkel er tilfældig;
2. Stor kraft: laserblæsende plasmaudbrud genereret af det øjeblikkelige tryk op til adskillige GPa; effekttæthed: spidseffekttætheden af laserpåvirkningen når adskillige snesevis af GW/cm2;
God overfladeintegritet: laserpåvirkning på overfladen er næsten ingen forstøvningseffekt, og efter mekanisk shotpeening er overflademorfologien beskadiget for at producere stresskoncentrationer.
Laserpåvirkning efter den maksimale trykspændingsværdi er bedre, overfladens resterende trykspænding steg med omkring 40 procent til 50 procent, arbejdsemnets træthedslevetid, modstandsdygtighed over for høj temperatur og bøjningsstøbning og andre relaterede indikatorer for numerisk værdi er blevet væsentligt forbedret . I øjeblikket er det blevet anvendt inden for flyoverfladebehandling, overfladebehandling af flymotorer og så videre.
