עקרון חיפוי הלייזר ומבוא

תהליך חיפוי: ניתן לחלק חיפוי לייזר באופן גס לשתי קטגוריות בהתאם לשיטת אספקת חומרי החיפוי, כלומר חיפוי לייזר מוגדר מראש וחיפוי לייזר סינכרוני.

חיפוי לייזר מוגדר מראש הוא להניח את חומר החיפוי על חלק החיפוי של משטח המצע מראש, ולאחר מכן להשתמש בקרינת קרן לייזר כדי לסרוק ולהמיס. חומר החיפוי מוסיף בצורת אבקה או חוט, וצורת אבקה היא הנפוצה ביותר.

חיפוי לייזר סינכרוני הוא שליחת חומרי חיפוי אבקה או חוט לתוך בריכת המותך באופן סינכרוני דרך הפיה במהלך תהליך החיפוי. חומר החיפוי נוסף בצורת אבקה או חוט, שביניהן צורת האבקה היא הנפוצה ביותר.

התהליך העיקרי של חיפוי לייזר מוגדר מראש הוא: טיפול מקדים לפני השטח של חיפוי המצע --- חומר חיפוי מוגדר מראש --- חימום מקדים --- חיפוי לייזר --- טיפול בחום לאחר מכן.

תהליך הזרימה העיקרי של חיפוי לייזר סינכרוני הוא: טיפול מקדים לפני השטח בחיפוי מצע --- חימום מקדים --- חיפוי לייזר סינכרוני --- טיפול בחום לאחר מכן.

על פי זרימת התהליך, התהליכים הקשורים לחיפוי לייזר הם בעיקר שיטת טיפול מקדים לפני השטח של המצע, שיטת הזנת חומר החיפוי, חימום מקדים וטיפול בחום לאחר מכן.

עקרון עבודה של לייזר:

סט ציוד חיפוי הלייזר השלם מורכב מ: לייזר, יחידת קירור, מנגנון הזנת אבקה, שולחן עיבוד וכו'.

בחירת לייזרים: סוגי לייזרים נפוצים תומכים בתהליך חיפוי לייזר, כגון לייזרי CO2, לייזרי מצב מוצק, לייזרי סיבים, לייזרי מוליכים למחצה וכו'.

פרמטרים של תהליך

פרמטרי התהליך של חיפוי לייזר כוללים בעיקר עוצמת לייזר, קוטר נקודה, מהירות חיפוי, כמות דה-פוקוס, מהירות הזנת אבקה, מהירות סריקה, טמפרטורת חימום מוקדם וכו'. לפרמטרים אלה יש השפעה רבה על קצב הדילול של שכבת החיפוי, סדקים, חספוס פני השטח וקומפקטיות חלקי החיפוי. הפרמטרים משפיעים גם זה על זה, וזהו תהליך מורכב מאוד, ויש להשתמש בשיטות בקרה סבירות כדי לשלוט בפרמטרים אלה בטווח המותר של תהליך חיפוי הלייזר.

לחיפוי לייזר יש 3 פרמטרים חשובים בתהליך

כוח לייזר

ככל שעוצמת הלייזר גדולה יותר, כך גדלה כמות המתכת המותכת לציפוי, וכך גדלה הסבירות לנקבוביות. ככל שעוצמת הלייזר עולה, עומק שכבת הציפוי גדל, המתכת הנוזלית שמסביב מתנדנדת באלימות, וההתמצקות הדינמית מתגבשת, כך שמספר הנקבוביות מצטמצם בהדרגה או אף נעלם, והסדקים גם הם מצטמצמים בהדרגה. כאשר עומק שכבת הציפוי מגיע לעומק המוגבל, ככל שההספק עולה, טמפרטורת פני השטח של המצע עולה, ותופעת העיוות והסדקים מתעצמת. אם עוצמת הלייזר קטנה מדי, רק ציפוי פני השטח נמס, והמצע אינו נמס. בשלב זה, מתרחשים סדקים מקומיים על פני שכבת הציפוי. גושים, חללים וכו' אינם משיגים את מטרת ציפוי פני השטח.

קוטר הנקודה

קרן הלייזר היא בדרך כלל מעגלית. רוחב שכבת החיפוי תלוי בעיקר בקוטר הנקודה של קרן הלייזר, קוטר הנקודה גדל, ושכבת החיפוי מתרחבת. גדלי נקודות שונים יגרמו לשינויים בחלוקת האנרגיה על פני שכבת החיפוי, והמורפולוגיה ותכונות המיקרו-מבנה של שכבת החיפוי המתקבלות שונות למדי. באופן כללי, איכות שכבת החיפוי טובה יותר כאשר גודל הנקודה קטן, ואיכות שכבת החיפוי יורדת ככל שגודל הנקודה גדל. עם זאת, קוטר הנקודה קטן מדי, דבר שאינו תורם להשגת שכבת חיפוי בעלת שטח גדול. [3]

מהירות חיפוי

למהירות החיפוי V יש השפעה דומה לעוצמת הלייזר P. אם מהירות החיפוי גבוהה מדי,אבקת הסגסוגתלא ניתן להמיס לחלוטין, והאפקט של ציפוי איכותי אינו מושג; אם מהירות הציפוי נמוכה מדי, בריכת המותכת קיימת זמן רב מדי, האבקה נשרפת יתר על המידה, יסודות הסגסוגת אובדים, וקלט החום של המטריצה ​​גדול. זה יגדיל את כמות העיוות.

פרמטרי חיפוי הלייזר אינם משפיעים באופן עצמאי על האיכות המקרוסקופית והמיקרוסקופית של שכבת החיפוי, אלא משפיעים זה על זה. על מנת להמחיש את ההשפעה המקיפה של עוצמת הלייזר P, קוטר הנקודה D ומהירות החיפוי V, מוצע מושג האנרגיה הספציפית Es, דהיינו:

Es=P/(ערך יומי)

כלומר, אנרגיית הקרינה ליחידת שטח, וגורמים כמו לייזרצפיפות הספקומהירות החיפוי ניתנים לשקול יחד.

הפחתת האנרגיה הספציפית מועילה להפחתת קצב הדילול, ויש לה גם קשר מסוים עם עובי שכבת החיפוי. בתנאי עוצמת לייזר קבועה, קצב הדילול של שכבת החיפוי יורד עם עלייה בקוטר הנקודה, וכאשר מהירות החיפוי וקוטר הנקודה קבועים, קצב הדילול של שכבת החיפוי עולה עם עלייה בעוצמת קרן הלייזר. בנוסף, ככל שמהירות החיפוי עולה, עומק ההיתוך של המצע יורד, וקצב הדילול של שכבת החיפוי מחומר המצע יורד.

בציפוי לייזר רב-מעברי, קצב החפיפה הוא הגורם העיקרי המשפיע עלחספוס פני השטחשל שכבת החיפוי. כאשר קצב החפיפה עולה, חספוס פני השטח של שכבת החיפוי פוחת, אך קשה להבטיח את אחידות החלק החפוף. עומק אזור החפיפה בין פסי החיפוי שונה מעומק מרכז פסי החיפוי, דבר המשפיע על אחידות שכבת החיפוי כולה. יתר על כן, מאמץ המתיחה השיורי של חיפוי רב-מעברי יונח על גבי זה, מה שיגדיל את ערך המאמץ הכולל המקומי ויגביר את רגישות הסדקים של שכבת החיפוי. חימום מוקדם וטיפוח יכולים להפחית את נטיית הסדקים של שכבת החיפוי.