مبدأ ومقدمة في تغليف الليزر

عملية الكسوة: يمكن تقسيم الكسوة بالليزر تقريبًا إلى فئتين وفقًا لطريقة توريد مواد الكسوة، وهما الكسوة بالليزر المحددة مسبقًا والكسوة بالليزر المتزامنة.

التكسية بالليزر المُجهّزة مسبقًا هي وضع مادة التكسية على سطح الركيزة مسبقًا، ثم مسحها وصهرها باستخدام شعاع الليزر. تُضاف مادة التكسية على شكل مسحوق أو سلك، وهو الشكل الأكثر استخدامًا.

التكسية بالليزر المتزامنة هي إرسال مواد التكسية المسحوقة أو السلكية إلى حوض المصهور بشكل متزامن عبر الفوهة أثناء عملية التكسية. تُضاف مواد التكسية على شكل مسحوق أو سلك، ويُعتبر المسحوق هو الشكل الأكثر استخدامًا.

العملية الرئيسية للكسوة بالليزر المحددة مسبقًا هي: المعالجة المسبقة لسطح الكسوة الأساسية - مادة الكسوة المحددة مسبقًا - التسخين المسبق - الكسوة بالليزر - المعالجة الحرارية اللاحقة.

العملية الرئيسية لتدفق الكسوة بالليزر المتزامن هي: المعالجة المسبقة لسطح الكسوة الأساسية - التسخين المسبق - الكسوة بالليزر المتزامن - المعالجة الحرارية اللاحقة.

وفقًا لتدفق العملية، فإن العمليات المتعلقة بالكسوة بالليزر هي بشكل أساسي طريقة المعالجة المسبقة لسطح الركيزة، وطريقة تغذية مادة الكسوة، والتسخين المسبق والمعالجة الحرارية اللاحقة.

مبدأ عمل الليزر:

تتكون المجموعة الكاملة من معدات الكسوة بالليزر من: الليزر، وحدة التبريد، آلية تغذية المسحوق، طاولة المعالجة، إلخ.

اختيار الليزر: تدعم أنواع الليزر السائدة عملية تغليف الليزر، مثل ليزر ثاني أكسيد الكربون، وليزر الحالة الصلبة، وليزر الألياف، وليزر أشباه الموصلات، وما إلى ذلك.

معلمات العملية

تشمل معايير عملية التكسية بالليزر بشكل رئيسي طاقة الليزر، وقطر البقعة، وسرعة التكسية، وكمية إزالة التركيز، وسرعة تغذية المسحوق، وسرعة المسح، ودرجة حرارة التسخين المسبق، وغيرها. تؤثر هذه المعايير بشكل كبير على معدل تخفيف طبقة التكسية، والشقوق، وخشونة السطح، وتماسك أجزاء التكسية. كما تؤثر هذه المعايير على بعضها البعض، مما يجعلها عملية معقدة للغاية، ويتطلب استخدام أساليب تحكم معقولة للتحكم في هذه المعايير ضمن النطاق المسموح به لعملية التكسية بالليزر.

تحتوي عملية الكسوة بالليزر على 3 معايير عملية مهمة

قوة الليزر

كلما زادت قوة الليزر، زادت كمية المعدن المنصهر في الكسوة، وزاد احتمال المسامية. مع زيادة قوة الليزر، يزداد عمق طبقة الكسوة، ويتقلب المعدن السائل المحيط بها بعنف، ويتبلور التصلب الديناميكي، بحيث يتم تقليل عدد المسام تدريجيًا أو حتى القضاء عليها، وتقل الشقوق تدريجيًا أيضًا. عندما يصل عمق طبقة الكسوة إلى عمق الحد، مع زيادة القوة، ترتفع درجة حرارة سطح الركيزة، وتزداد ظاهرة التشوه والتشقق. إذا كانت قوة الليزر صغيرة جدًا، فإن الطلاء السطحي فقط هو الذي يذوب، ولا تذوب الركيزة. في هذا الوقت، يحدث تشقق موضعي على سطح طبقة الكسوة. تفشل الوبر والفراغات وما إلى ذلك في تحقيق الغرض من الكسوة السطحية.

قطر البقعة

عادةً ما يكون شعاع الليزر دائريًا. يعتمد عرض طبقة الكسوة بشكل أساسي على قطر نقطة شعاع الليزر، فكلما زاد قطر النقطة، ازداد اتساع طبقة الكسوة. يؤدي اختلاف أحجام البقع إلى تغيرات في توزيع الطاقة على سطح طبقة الكسوة، كما تختلف خصائص مورفولوجيا وبنية طبقة الكسوة الدقيقة اختلافًا كبيرًا. بشكل عام، تكون جودة طبقة الكسوة أفضل عندما يكون حجم البقعة صغيرًا، وتنخفض جودتها مع زيادة حجم البقعة. ومع ذلك، فإن قطر البقعة صغير جدًا، مما لا يُساعد على الحصول على طبقة كسوة واسعة المساحة. [3]

سرعة الكسوة

سرعة الكسوة V لها تأثير مماثل لقوة الليزر P. إذا كانت سرعة الكسوة عالية جدًا،مسحوق السبائكلا يمكن إذابته بالكامل، ولا يتحقق تأثير الكسوة عالية الجودة؛ إذا كانت سرعة الكسوة منخفضة للغاية، فإن حوض المنصهر موجود لفترة طويلة جدًا، ويتم حرق المسحوق بشكل مفرط، وتضيع عناصر السبائك، ويكون مدخل الحرارة للمصفوفة كبيرًا. سيزيد من كمية التشوه.

لا تؤثر معاملات تكسية الليزر بشكل مستقل على جودة طبقة التكسية المجهرية والعيانية، بل تؤثر على بعضها البعض. ولتوضيح التأثير الشامل لقوة الليزر P، وقطر البقعة D، وسرعة التكسية V، يُقترح مفهوم الطاقة النوعية Es، وهو:

Es=P/(DV)

أي طاقة الإشعاع لكل وحدة مساحة، وعوامل مثل الليزركثافة الطاقةويمكن النظر إلى سرعة الكسوة معًا.

يُفيد تقليل الطاقة النوعية في تقليل معدل التخفيف، كما أن له علاقة وثيقة بسمك طبقة الكسوة. عند ثبات قوة الليزر، ينخفض ​​معدل تخفيف طبقة الكسوة مع زيادة قطر البقعة، وعند ثبات سرعة الكسوة وقطر البقعة، يزداد معدل تخفيف طبقة الكسوة مع زيادة قوة شعاع الليزر. بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة سرعة الكسوة، ينخفض ​​عمق ذوبان الركيزة، وينخفض ​​معدل تخفيف طبقة الكسوة من مادة الركيزة.

في الكسوة بالليزر متعددة المرور، معدل التداخل هو العامل الرئيسي المؤثرخشونة السطحطبقة الكسوة. مع زيادة معدل التداخل، تنخفض خشونة سطح طبقة الكسوة، ولكن يصعب ضمان تجانس الجزء المتداخل. يختلف عمق منطقة التداخل بين مسارات الكسوة عن عمق مركزها، مما يؤثر على تجانس طبقة الكسوة بأكملها. علاوة على ذلك، سيتراكم إجهاد الشد المتبقي للكسوة متعددة المسارات، مما يزيد من قيمة الإجهاد الكلي المحلي ويزيد من حساسية طبقة الكسوة للتشقق. يمكن أن يقلل التسخين المسبق والمعالجة الحرارية من قابلية طبقة الكسوة للتشقق.