Lazer kaplama prensibi ve tanıtımı

Kaplama işlemi: Lazer kaplama, kaplama malzemelerinin tedarik yöntemine göre kabaca iki kategoriye ayrılabilir; önceden ayarlanmış lazer kaplama ve senkronize lazer kaplama.

Önceden ayarlanmış lazer kaplama, kaplama malzemesini alt tabaka yüzeyinin kaplama kısmına önceden yerleştirmek ve ardından taramak ve eritmek için lazer ışınını kullanmaktır.Kaplama malzemesi toz veya tel formunda eklenir ve en yaygın olarak toz formu kullanılır.

Senkron lazer kaplama, kaplama işlemi sırasında toz veya tel kaplama malzemelerinin erimiş havuza nozül aracılığıyla eşzamanlı olarak gönderilmesidir.Kaplama malzemesi toz veya tel formunda eklenir ve bunlar arasında en yaygın olarak toz formu kullanılır.

Önceden ayarlanmış lazer kaplamanın ana işlemi şudur: alt tabaka kaplama yüzey ön işlemi --- önceden ayarlanmış kaplama malzemesi --- ön ısıtma --- lazer kaplama --- ısıl işlem sonrası.

Senkron lazer kaplamanın ana işlem akışı şu şekildedir: alt tabaka kaplama yüzey ön işlemi --- ön ısıtma --- senkron lazer kaplama --- ısıl işlem sonrası.

İşlem akışına göre, lazer kaplama ile ilgili işlemler temel olarak alt tabaka yüzey ön işleme yöntemi, kaplama malzemesi besleme yöntemi, ön ısıtma ve ısıl işlem sonrasıdır.

Lazer çalışma prensibi:

Lazer kaplama ekipmanının tamamı şunlardan oluşur: lazer, soğutma ünitesi, toz besleme mekanizması, işleme masası vb.

Lazer seçimi: CO2 lazerleri, katı hal lazerleri, fiber lazerler, yarı iletken lazerler vb. gibi ana lazer türleri lazer kaplama işlemini destekler.

İşlem parametreleri

Lazer kaplamanın işlem parametreleri esas olarak lazer gücü, nokta çapı, kaplama hızı, odak dışılık miktarı, toz besleme hızı, tarama hızı, ön ısıtma sıcaklığı vb. içerir. Bu parametreler kaplama katmanının seyreltme oranı, çatlaklar, yüzey pürüzlülüğü üzerinde büyük etkiye sahiptir. ve kaplama parçalarının kompaktlığı.Parametreler aynı zamanda birbirini de etkilemektedir ki bu çok karmaşık bir süreçtir ve bu parametrelerin lazer kaplama işleminin izin verilen aralığı dahilinde kontrol edilmesi için makul kontrol yöntemlerinin kullanılması gerekmektedir.

Lazer kaplamanın 3 önemli proses parametresi vardır

lazer gücü

Lazer gücü ne kadar büyük olursa, erimiş kaplama metalinin miktarı da o kadar fazla olur ve gözeneklilik olasılığı da o kadar artar.Lazer gücü arttıkça, kaplama tabakasının derinliği artar, çevredeki sıvı metal şiddetli bir şekilde dalgalanır ve dinamik katılaşma kristalleşir, böylece gözeneklerin sayısı giderek azalır veya hatta ortadan kaldırılır ve çatlaklar da giderek azalır.Kaplama katmanı derinliği sınır derinliğe ulaştığında, güç arttıkça alt tabakanın yüzey sıcaklığı artar ve deformasyon ve çatlama olgusu yoğunlaşır.Lazer gücü çok küçükse, yalnızca yüzey kaplaması erir ve alt tabaka erimez.Bu sırada kaplama tabakası yüzeyinde lokal çatlaklar meydana gelir.Boncuklanma, boşluklar vb. yüzey kaplama amacına ulaşamaz.

Nokta çapı

Lazer ışını genellikle daireseldir.Kaplama katmanının genişliği esas olarak lazer ışınının nokta çapına bağlıdır, nokta çapı artar ve kaplama katmanı genişler.Farklı nokta boyutları kaplama katmanının yüzeyindeki enerji dağılımında değişikliklere neden olacaktır ve elde edilen kaplama katmanı morfolojisi ve mikroyapı özellikleri oldukça farklıdır.Genel olarak konuşursak, kaplama katmanının kalitesi nokta boyutu küçük olduğunda daha iyidir ve kaplama katmanının kalitesi nokta boyutu arttıkça azalır.Ancak nokta çapı çok küçüktür ve bu da geniş alanlı bir kaplama katmanı elde etmeye elverişli değildir.[3]

Kaplama hızı

Kaplama hızı V, lazer gücü P ile benzer etkiye sahiptir. Kaplama hızı çok yüksekse,alaşım tozutamamen eritilemez ve yüksek kaliteli kaplamanın etkisi elde edilemez;kaplama hızı çok düşükse, eriyik havuzu çok uzun süre mevcutsa, toz aşırı yanmışsa, alaşım elementleri kaybolmuşsa ve matrisin ısı girişi büyükse.deformasyon miktarı artacaktır.

Lazer kaplama parametreleri, kaplama katmanının makroskobik ve mikroskobik kalitesini bağımsız olarak etkilemez, ancak birbirini etkiler.Lazer gücünün (P), nokta çapının (D) ve kaplama hızının (V) kapsamlı etkisini göstermek amacıyla spesifik enerji (Es) kavramı önerilmiştir:

Es=P/(DV)

Yani birim alan başına ışınlama enerjisi ve lazer gibi faktörlergüç yoğunluğuve kaplama hızı birlikte düşünülebilir.

Spesifik enerjinin azaltılması seyreltme oranının azaltılması açısından faydalıdır ve aynı zamanda kaplama tabakası kalınlığı ile de belirli bir ilişkiye sahiptir.Sabit lazer gücü koşullarında, kaplama tabakası seyreltme oranı nokta çapının artmasıyla azalmakta, kaplama hızı ve nokta çapı sabit olduğunda, kaplama katmanı seyreltme oranı lazer ışın gücünün artmasıyla artmaktadır.Ayrıca kaplama hızı arttıkça altlığın erime derinliği azalmakta ve kaplama katmanının altlık malzemeden seyrelme oranı azalmaktadır.

Çok geçişli lazer kaplamada örtüşme oranı etkileyen ana faktördür.yüzey pürüzlülüğükaplama katmanından.Üst üste binme oranı arttığında kaplama katmanının yüzey pürüzlülüğü azalır, ancak üst üste binen parçanın tekdüzeliğini garanti etmek zordur.Kaplama rayları arasındaki üst üste binen alanın derinliği, kaplama raylarının merkezinin derinliğinden farklıdır ve bu, tüm kaplama katmanının tekdüzeliğini etkiler.Ayrıca, çok geçişli kaplamanın artık çekme gerilmesi üst üste bindirilecek, bu da yerel toplam gerilme değerini artıracak ve kaplama katmanının çatlak hassasiyetini artıracaktır.Ön ısıtma ve temperleme, kaplama tabakasının çatlama eğilimini azaltabilir.