معالجة السطح بالليزر هي تقنية تستخدم شعاع ليزر عالي الكثافة لتسخين سطح المادة بطريقة غير ملامسة، وتحقق تعديل سطحه عن طريق التبريد التوصيلي لسطح المادة نفسه.من المفيد تحسين الخواص الميكانيكية والفيزيائية لسطح المادة، بالإضافة إلى مقاومة التآكل ومقاومة التآكل ومقاومة التعب للأجزاء.في السنوات الأخيرة، أدت تقنيات معالجة الأسطح بالليزر مثل التنظيف بالليزر، والتبريد بالليزر، وسبائك الليزر، وتقوية الصدمات بالليزر، والتليين بالليزر، بالإضافة إلى الكسوة بالليزر، والطباعة ثلاثية الأبعاد بالليزر، والطلاء الكهربائي بالليزر وغيرها من تقنيات تصنيع الإضافات بالليزر، إلى آفاق تطبيق واسعة. .
1. التنظيف بالليزر
التنظيف بالليزر هو تقنية جديدة سريعة التطور لتنظيف الأسطح، والتي تستخدم شعاع ليزر نبضي عالي الطاقة لتشعيع سطح قطعة العمل، بحيث يمكن أن تتبخر الأوساخ أو الجزيئات أو الطلاء الموجود على السطح أو تتوسع على الفور، وبالتالي تحقيق عملية التنظيف. وتنقية.ينقسم التنظيف بالليزر بشكل أساسي إلى إزالة الصدأ، وإزالة الزيت، وإزالة الطلاء، وإزالة الطلاء وغيرها من العمليات؛يتم استخدامه بشكل أساسي لتنظيف المعادن، وتنظيف الآثار الثقافية، وتنظيف الهندسة المعمارية، وما إلى ذلك. بناءً على وظائفها الشاملة، والمعالجة الدقيقة والمرنة، والكفاءة العالية وتوفير الطاقة، وحماية البيئة الخضراء، وعدم الإضرار بالركيزة، والذكاء، وجودة التنظيف الجيدة، السلامة والتطبيق الواسع وغيرها من الخصائص والمزايا، فقد أصبحت ذات شعبية متزايدة في مختلف المجالات الصناعية.
بالمقارنة مع طرق التنظيف التقليدية مثل التنظيف بالاحتكاك الميكانيكي، والتنظيف بالتآكل الكيميائي، والتنظيف بالصدمات القوية السائلة الصلبة، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية عالية التردد، فإن التنظيف بالليزر له مزايا واضحة.
2. التبريد بالليزر
يستخدم التبريد بالليزر ليزر عالي الطاقة كمصدر للحرارة لجعل السطح المعدني ساخنًا وباردًا بسرعة.يتم الانتهاء من عملية التبريد على الفور للحصول على صلابة عالية وبنية مارتنسيت فائقة الدقة، وتحسين صلابة ومقاومة التآكل للسطح المعدني، وتشكيل ضغط ضاغط على السطح لتحسين مقاومة التعب.تشمل المزايا الأساسية لهذه العملية منطقة صغيرة تتأثر بالحرارة، وتشوه صغير، ودرجة عالية من الأتمتة، ومرونة جيدة للتبريد الانتقائي، والصلابة العالية للحبوب المكررة، وحماية البيئة الذكية.على سبيل المثال، يمكن تعديل بقعة الليزر لإخماد أي موضع عرض؛ثانياً، يمكن لرأس الليزر والوصلة الروبوتية متعددة المحاور إخماد المنطقة المحددة من الأجزاء المعقدة.على سبيل المثال آخر، التبريد بالليزر ساخن وسريع للغاية، وضغط التبريد والتشوه صغيران.يمكن تجاهل تشوه قطعة العمل قبل وبعد التسقية بالليزر تقريبًا، لذلك فهي مناسبة بشكل خاص للمعالجة السطحية للأجزاء ذات متطلبات الدقة العالية.
في الوقت الحاضر، تم تطبيق التبريد بالليزر بنجاح على تقوية سطح الأجزاء الضعيفة في صناعة السيارات وصناعة القوالب وأدوات الأجهزة وصناعة الآلات، وخاصة في تحسين عمر خدمة الأجزاء الضعيفة مثل التروس وأسطح العمود والأدلة والفكين و قوالب.خصائص التبريد بالليزر هي كما يلي:
(1) التبريد بالليزر عبارة عن عملية تسخين سريعة وتبريد ذاتي الإثارة، ولا يتطلب الحفاظ على حرارة الفرن والتبريد بالمبرد.إنها عملية معالجة حرارية خالية من التلوث وصديقة للبيئة وصديقة للبيئة، ويمكنها بسهولة تنفيذ التبريد الموحد على سطح القوالب الكبيرة؛
(2) بما أن سرعة تسخين الليزر سريعة، فإن المنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرة، وتبريد تسخين المسح السطحي، أي تبريد تسخين محلي فوري، وتشوه القالب المعالج صغير جدًا؛
(3) نظرًا لزاوية التباعد الصغيرة لشعاع الليزر، فإنه يتمتع باتجاهية جيدة، ويمكنه إخماد سطح القالب بدقة من خلال نظام توجيه الضوء؛
(4) يبلغ عمق الطبقة الصلبة لتبريد سطح الليزر عمومًا 0.3-1.5 مم.
3. التلدين بالليزر
التلدين بالليزر عبارة عن عملية معالجة حرارية تستخدم الليزر لتسخين سطح المادة، وتعريض المادة لدرجة حرارة عالية لفترة طويلة، ثم تبريدها ببطء.الغرض الرئيسي من هذه العملية هو التخلص من الإجهاد، وزيادة ليونة المواد وصلابتها، وإنتاج بنية مجهرية خاصة.ويتميز بالقدرة على ضبط هيكل المصفوفة، وتقليل الصلابة، وصقل الحبوب، والقضاء على الإجهاد الداخلي.في السنوات الأخيرة، أصبحت تكنولوجيا التلدين بالليزر أيضًا عملية جديدة في صناعة معالجة أشباه الموصلات، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير تكامل الدوائر المتكاملة.
4. تقوية الصدمات بالليزر
تقنية تقوية الصدمات بالليزر هي تقنية جديدة وعالية تستخدم موجة صدمة البلازما الناتجة عن شعاع الليزر القوي لتحسين مقاومة التعب ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل للمواد المعدنية.لديها العديد من المزايا البارزة، مثل عدم وجود منطقة متأثرة بالحرارة، وكفاءة الطاقة العالية، ومعدل الإجهاد العالي للغاية، وإمكانية التحكم القوية وتأثير التقوية الملحوظ.في الوقت نفسه، يتميز تقوية الصدمات بالليزر بخصائص إجهاد الضغط المتبقي الأعمق، والبنية المجهرية الأفضل وسلامة السطح، واستقرار حراري أفضل وعمر أطول.وفي السنوات الأخيرة، حققت هذه التكنولوجيا تطورا سريعا، ولها دور كبير في مجال الطيران والدفاع الوطني والصناعة العسكرية وغيرها من المجالات.بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الطلاء بشكل أساسي لحماية قطعة العمل من حروق الليزر وتعزيز امتصاص طاقة الليزر.في الوقت الحاضر، مواد الطلاء شائعة الاستخدام هي الطلاء الأسود ورقائق الألومنيوم.
الصقل بالليزر (LP)، والمعروف أيضًا باسم الصقل بالصدمة بالليزر (LSP)، هي عملية مطبقة في مجال هندسة الأسطح، أي استخدام أشعة الليزر النبضية عالية الطاقة لتوليد الضغوط المتبقية في المواد لتحسين مقاومة التآكل (مثل مقاومة التآكل ومقاومة التعب) لأسطح المواد، أو لتحسين قوة الأجزاء الرقيقة من المواد لتعزيز صلابة سطح المواد.
على عكس معظم تطبيقات معالجة المواد، لا يستخدم LSP طاقة الليزر للمعالجة الحرارية لتحقيق التأثير المطلوب، ولكنه يستخدم تأثير الشعاع للمعالجة الميكانيكية.يتم استخدام شعاع الليزر عالي الطاقة للتأثير على سطح قطعة العمل المستهدفة بنبض قصير عالي الطاقة.
يؤثر شعاع الضوء على قطعة العمل المعدنية، ويبخر قطعة العمل إلى حالة بلازما رقيقة على الفور، ويطبق ضغط موجة الصدمة على قطعة العمل.في بعض الأحيان تتم إضافة طبقة رقيقة من مادة الكسوة غير الشفافة إلى قطعة العمل لتحل محل تبخر المعدن.للضغط، يتم استخدام مواد تكسية شفافة أخرى أو طبقات تداخل بالقصور الذاتي لالتقاط البلازما (الماء عادة).
تنتج البلازما تأثير موجة الصدمة، وتعيد تشكيل البنية المجهرية لسطح قطعة العمل عند نقطة التأثير، ثم تولد تفاعلًا متسلسلًا لتمدد المعدن وضغطه.يمكن لضغط الضغط العميق الناتج عن هذا التفاعل أن يطيل عمر المكون.
5. صناعة السبائك بالليزر
تعد صناعة السبائك بالليزر تقنية جديدة لتعديل السطح، والتي يمكن استخدامها لتحضير طلاءات مركب سيرميت معززة ببلورات نانوية غير متبلورة على سطح الأجزاء الهيكلية وفقًا لظروف الخدمة المختلفة لمواد الطيران وخصائص تسخين شعاع الليزر عالي الكثافة ومعدل التكثيف، لذلك لتحقيق الغرض من تعديل سطح مواد الطيران.بالمقارنة مع تكنولوجيا صناعة السبائك بالليزر، تتميز تكنولوجيا الكسوة بالليزر بخصائص نسبة التخفيف الصغيرة للركيزة إلى المسبح المنصهر، والمنطقة الصغيرة المتأثرة بالحرارة، والتشوه الحراري الصغير لقطعة العمل ومعدل الخردة الصغير لقطعة العمل بعد معالجة الكسوة بالليزر.يمكن للكسوة بالليزر تحسين خصائص سطح المواد بشكل كبير وإصلاح المواد البالية.تتميز بخصائص الكفاءة العالية والسرعة وحماية البيئة الخضراء وخالية من التلوث والأداء الجيد لقطعة العمل بعد المعالجة.
6. الكسوة بالليزر
تعد تقنية الكسوة بالليزر أيضًا إحدى تقنيات تعديل الأسطح الجديدة التي تمثل اتجاه التطوير ومستوى هندسة الأسطح.أصبحت تقنية الكسوة بالليزر نقطة بحثية ساخنة في تعديل سطح سبائك التيتانيوم نظرًا لمزاياها المتمثلة في الجمع بين الطلاء والركيزة المعدنية الخالية من التلوث.يعد طلاء السيراميك الكسوة بالليزر أو الطلاء المركب المقوى بجزيئات السيراميك طريقة فعالة لتحسين مقاومة التآكل السطحي لسبائك التيتانيوم.وفقًا لظروف العمل الفعلية، حدد نظام المواد المناسب، ويمكن لتقنية الكسوة بالليزر تحقيق أفضل متطلبات العملية.يمكن لتقنية الكسوة بالليزر إصلاح الأجزاء المعطوبة المختلفة، مثل شفرات محرك الطائرة.
الفرق بين صناعة السبائك السطحية بالليزر وتكسية الأسطح بالليزر هو أن صناعة السبائك السطحية بالليزر تهدف إلى خلط عناصر السبائك المضافة والطبقة السطحية من الركيزة في الحالة السائلة بشكل كامل لتشكيل طبقة صناعة السبائك؛تهدف تكسية السطح بالليزر إلى إذابة كل الطلاءات المسبقة والذوبان الجزئي لسطح الركيزة، بحيث تشكل طبقة الكسوة ومواد الركيزة مزيجًا معدنيًا وتحافظ على تكوين طبقة الكسوة دون تغيير بشكل أساسي.تُستخدم تقنية صناعة السبائك بالليزر والكسوة بالليزر بشكل أساسي لتحسين مقاومة التآكل السطحي ومقاومة التآكل ومقاومة الدرجات لسبائك التيتانيوم.
في الوقت الحاضر، يتم استخدام تكنولوجيا الكسوة بالليزر على نطاق واسع في إصلاح وتعديل الأسطح المعدنية.ومع ذلك، على الرغم من أن الكسوة الليزرية التقليدية تتمتع بمزايا وخصائص المعالجة المرنة، والإصلاح ذو الشكل الخاص، والإضافات المحددة من قبل المستخدم، وما إلى ذلك، إلا أن كفاءة عملها منخفضة، ولا تزال غير قادرة على تلبية متطلبات الإنتاج والمعالجة السريعة على نطاق واسع في بعض مجالات الإنتاج.من أجل تلبية احتياجات الإنتاج الضخم وتحسين كفاءة الكسوة، ظهرت تكنولوجيا الكسوة بالليزر عالية السرعة إلى حيز الوجود.
يمكن لتقنية الكسوة بالليزر عالية السرعة تحقيق طبقة كسوة مدمجة وخالية من العيوب.جودة سطح طبقة الكسوة مدمجة، وترابط معدني مع الركيزة، ولا توجد عيوب مفتوحة، والسطح أملس.لا يمكن معالجتها على الجسم الدوار فحسب، بل أيضًا على المستوى والسطح المعقد.من خلال التحسين الفني المستمر، يمكن استخدام هذه التكنولوجيا على نطاق واسع في الفحم والمعادن والمنصات البحرية وصناعة الورق والأجهزة المدنية والسيارات والسفن والبترول وصناعات الفضاء الجوي، وتصبح عملية إعادة تصنيع خضراء يمكن أن تحل محل تكنولوجيا الطلاء الكهربائي التقليدية.
7. النقش بالليزر
النقش بالليزر هو عملية معالجة بالليزر تستخدم تقنية CNC لتسليط شعاع ليزر عالي الطاقة على سطح المادة، ويستخدم التأثير الحراري الناتج عن الليزر لإنتاج أنماط واضحة على سطح المادة.إن عملية تمسخ الطبيعة الفيزيائية لذوبان وتغويز مواد المعالجة تحت إشعاع النقش بالليزر يمكن أن تمكن النقش بالليزر من تحقيق أغراض المعالجة.النقش بالليزر هو استخدام الليزر لنقش الكلمات على شيء ما.الكلمات المنحوتة بهذه التقنية لا تحتوي على شقوق، وسطح الجسم أملس ومسطح، ولن يتم اهتراء الكتابة اليدوية.وتشمل ميزاته ومزاياه ما يلي: آمن وموثوق؛دقيقة ومتقنة، يمكن أن تصل الدقة إلى 0.02 مم؛حفظ حماية البيئة والمواد أثناء المعالجة؛سرعة عالية، نقش عالي السرعة وفقًا لرسومات الإخراج؛تكلفة منخفضة، لا تقتصر على كمية المعالجة، وما إلى ذلك.
8. الطباعة بالليزر ثلاثية الأبعاد
تعتمد العملية تقنية الكسوة بالليزر، والتي تستخدم الليزر لتشعيع تدفق المسحوق المنقول بواسطة الفوهة لإذابة المادة البسيطة أو مسحوق السبائك مباشرة.بعد مغادرة شعاع الليزر، يتصلب سائل السبيكة بسرعة لتحقيق النماذج الأولية السريعة للسبيكة.في الوقت الحاضر، تم استخدامه على نطاق واسع في النمذجة الصناعية، وتصنيع الآلات، والفضاء، والجيش، والهندسة المعمارية، والسينما والتلفزيون، والأجهزة المنزلية، والصناعات الخفيفة، والطب، وعلم الآثار، والثقافة والفن، والنحت، والمجوهرات وغيرها من المجالات.
9. التطبيقات الصناعية النموذجية لمعالجة الأسطح وإعادة التصنيع بالليزر
في الوقت الحاضر، تُستخدم تقنيات وعمليات ومعدات المعالجة السطحية بالليزر والتصنيع الإضافي على نطاق واسع في الصناعات المعدنية وآلات التعدين والقوالب والطاقة البترولية وأدوات الأجهزة والنقل بالسكك الحديدية والفضاء والآلات وغيرها من الصناعات.
10. تطبيق تكنولوجيا الطلاء الكهربائي بالليزر
الطلاء الكهربائي بالليزر هو تقنية جديدة للطلاء الكهربائي بشعاع عالي الطاقة، وهي ذات أهمية كبيرة لإنتاج وإصلاح الأجهزة الإلكترونية الدقيقة والدوائر المتكاملة واسعة النطاق.في الوقت الحاضر، على الرغم من أن مبدأ الطلاء الكهربائي بالليزر، والاستئصال بالليزر، وترسيب ليزر البلازما، ونفث الليزر لا يزال قيد البحث، فقد تم تطبيق تقنياتها.عندما يقوم الليزر المستمر أو الليزر النبضي بإشعاع سطح الكاثود في حمام الطلاء الكهربائي، لا يمكن تحسين معدل ترسيب المعدن بشكل كبير فحسب، بل يمكن أيضًا استخدام الكمبيوتر للتحكم في مسار شعاع الليزر للحصول على الطلاء غير المحمي للسطح. الهندسة المعقدة المتوقعة.
يعتمد تطبيق الطلاء الكهربائي بالليزر عمليًا بشكل أساسي على الخاصيتين التاليتين:
(1) السرعة في منطقة تشعيع الليزر أعلى بكثير من سرعة الطلاء الكهربائي في الجسم (حوالي 103 مرات)؛
(2) قدرة التحكم بالليزر قوية، والتي يمكن أن تجعل الجزء الضروري من المادة يعجل بالكمية المطلوبة من المعدن.يحدث الطلاء الكهربائي العادي على الركيزة الكهربائية بأكملها، وتكون سرعة الطلاء الكهربائي بطيئة، لذلك من الصعب تشكيل أنماط معقدة ودقيقة.يمكن للطلاء الكهربائي بالليزر ضبط شعاع الليزر على حجم الميكرومتر، وإجراء تتبع غير محمي على حجم الميكرومتر.بالنسبة لتصميم الدوائر وإصلاحها والترسيب المحلي على مكونات الموصل الإلكتروني الدقيق، أصبح هذا النوع من رسم الخرائط عالي السرعة عمليًا أكثر فأكثر.
بالمقارنة مع الطلاء الكهربائي العادي، مزاياه هي:
(1) سرعة ترسيب سريعة، مثل طلاء الذهب بالليزر حتى 1 ميكرومتر/ثانية، وطلاء النحاس بالليزر حتى 10 ميكرومتر/ثانية، وطلاء الذهب النفاث بالليزر حتى 12 ميكرومتر/ثانية، وطلاء النحاس النفاث بالليزر حتى 50 ميكرومتر/ثانية؛
(2) يحدث ترسيب المعادن فقط في منطقة تشعيع الليزر، ويمكن الحصول على طلاء ترسيب محلي بدون تدابير حماية، وبالتالي تبسيط عملية الإنتاج؛
(3) تم تحسين التصاق الطلاء بشكل كبير؛
(4) من السهل تحقيق التحكم الآلي.
(5) حفظ المعادن الثمينة؛
(6) توفير الاستثمار في المعدات ووقت المعالجة.
عندما يقوم الليزر المستمر أو الليزر النبضي بإشعاع سطح الكاثود في حمام الطلاء الكهربائي، لا يمكن تحسين معدل ترسيب المعدن بشكل كبير فحسب، بل يمكن أيضًا للكمبيوتر التحكم في مسار حركة شعاع الليزر للحصول على الطلاء غير المحمي بالمركب المتوقع هندسة.تجمع التكنولوجيا الجديدة الحالية للطلاء الكهربائي المعزز بالليزر بين تقنية الطلاء الكهربائي المعزز بالليزر مع رش محلول الطلاء الكهربائي، بحيث يمكن لليزر ومحلول الطلاء أن يطلقا النار في وقت واحد على سطح الكاثود، وتكون سرعة نقل الكتلة أسرع بكثير من سرعة نقل الكتلة من التحريك الجزئي الناتج عن تشعيع الليزر، وبالتالي تحقيق سرعة ترسيب عالية جدًا.
التطوير والابتكار في المستقبل
في المستقبل، يمكن تلخيص اتجاه تطوير معالجة الأسطح بالليزر ومعدات التصنيع المضافة على النحو التالي:
· كفاءة عالية - كفاءة معالجة عالية، تلبي إيقاع الإنتاج السريع للصناعة الحديثة؛
· الأداء العالي - المعدات لديها وظائف متنوعة وأداء مستقر ومناسبة لظروف العمل المختلفة؛
· الذكاء العالي – مستوى الذكاء يتحسن باستمرار، مع تدخل يدوي أقل؛
·تكلفة منخفضة - يمكن التحكم في تكلفة المعدات، كما يتم تقليل تكلفة المواد الاستهلاكية؛
· التخصيص – التخصيص الشخصي للمعدات، خدمة ما بعد البيع الدقيقة،
· والتركيب – الجمع بين تكنولوجيا الليزر وتكنولوجيا المعالجة التقليدية.
وقت النشر: 17 سبتمبر 2022