Ievads: Lāzera apšuvuma materiālu definēšana
Lāzera apšuvuma materiāls attiecas uz specializētām vielām (pulvera vai stieples veidā), kas paredzētas uzklāšanai uz pamatnes, izmantojot lāzera apšuvuma tehnoloģiju, veidojot metalurģiski saistītu virsmas slāni. Atšķirībā no parastajiem pildījuma materiāliem šie materiāli ir izstrādāti tā, lai izturētu ārkārtējus termiskos apstākļus, ko rada lāzera apstrāde-ātra karsēšana, kušana un sacietēšana-, vienlaikus nodrošinot mērķtiecīgus veiktspējas uzlabojumus. To galvenā funkcija ir uzlabot substrāta virsmas īpašības, piemēram, nodilumizturību, aizsardzību pret koroziju, stabilitāti augstā -temperatūrā vai bioloģisko saderību, nemainot pamatmateriāla mehāniskās īpašības. Lāzera apšuvuma materiāli ir pielāgoti konkrētiem lietojumiem un substrātu veidiem, padarot tos par būtisku lāzera apšuvuma procesa sastāvdaļu. Sākot no rūpnieciskajām iekārtām līdz kosmosa un medicīnas ierīcēm, to daudzpusība veicina lāzera apšuvuma ieviešanu nozarēs ar augstu pieprasījumu{7}}.
Kā lāzera apšuvuma materiāli darbojas apšuvuma procesā
Lāzera apšuvuma materiāli darbojas tandēmā ar lāzera enerģiju un substrāta mijiedarbību, veidojot augstas kvalitātes-virsmas slāņus. Process sākas ar to, ka materiāls (pulveris vai stieple) tiek ievadīts lokalizētā izkausētā baseinā, ko rada fokusēts lāzera stars uz substrāta virsmas. Lāzera intensīvais karstums izkausē gan apšuvuma materiālu, gan plānu substrāta slāni, nodrošinot atomu difūziju un metalurģisko saiti, -spēcīgāk nekā mehāniskā saķere no tradicionālajiem pārklājumiem. Pulvermateriāliem koaksiālais vai sānu padevējs piegādā precīzus daudzumus izkausētajā baseinā, daļiņu izmēram (20–100 μm) ietekmējot kausēšanas efektivitāti un slāņa viendabīgumu. Stiepļu materiāli, kas tiek baroti nepārtraukti, nodrošina lielāku materiālu izmantošanu, bet tiem ir nepieciešama lēnāka apstrāde. To funkcionalitātes atslēga ir saderība ar pamatni: materiāla kušanas temperatūrai, termiskās izplešanās koeficientam un ķīmiskajam sastāvam ir jāsakrīt, lai izvairītos no plaisām, porainības vai pārmērīgas atšķaidīšanas. Pēc-sacietēšanas apšuvuma materiāls saglabā savas inženiertehniskās īpašības, nodrošinot paredzēto virsmas uzlabošanu.
Izplatītākie lāzera apšuvuma materiālu veidi un to īpašības
Lāzera apšuvuma materiāli tiek iedalīti kategorijās pēc sastāva, un rūpniecībā dominē trīs galvenie veidi. Metālu sakausējumu materiāli (uz niķeļa-, uz titāna-, uz kobalta-hroma- bāzes ir daudzpusīgi, piedāvājot pielāgotus veiktspējas -niķeļa{{6} sakausējumus (piem., Inconel 625) iztur augstu temperatūru un koroziju, ideāli piemērots kosmosa un enerģijas komponentiem. titāna sakausējumi (piemēram, Ti-6Al-4V) nodrošina medicīnisko implantu bioloģisko saderību. Keramikas-pastiprinātie kompozītmateriāli (piemēram, WC-Co, Al₂O₃) apvieno metāla matricas ar cieto keramiku, lai palielinātu nodilumizturību un nodilumizturību, ko izmanto kalnrūpniecībā un ražošanas instrumentos. Funkcionāli šķirotiem materiāliem (FGM) ir gradienta sastāvs, pārejot no substrāta{23}}saderīgiem serdeņiem uz augstas veiktspējas virsmām, tādējādi risinot saderības problēmas ekstremālā vidē. Pulvermateriāli ir biežāk lietoti precīziem lietojumiem regulējamu padeves ātruma dēļ, savukārt stiepļu materiāli ir piemēroti lielas platības apšuvumam ar mazāku atkritumu daudzumu. Katrs tips ir izstrādāts tā, lai tas atbilstu konkrētiem ekspluatācijas apstākļiem, sākot no cikliskas slodzes līdz ķīmiskai iedarbībai.
Lāzera apšuvuma materiālu galvenie lietojumi dažādās nozarēs
Lāzera apšuvuma materiāli nodrošina kritiskus lietojumus dažādās nozarēs, novēršot virsmas veiktspējas trūkumus. Kosmosā ar niķeļa -un kobalta- hroma materiāliem pārklāj turbīnu lāpstiņas un dzinēju korpusus, uzlabojot izturību pret augstām temperatūrām un oksidāciju. Enerģētikas sektors izmanto pret koroziju izturīgus -sakausējumus (piemēram, Hastelloy), lai aizsargātu naftas un gāzes cauruļvadus, jūras platformas un vēja turbīnu komponentus no skarbas vides. Ražošanā izmanto keramikas kompozītmateriālus (WC-Co), lai sacietētu griezējinstrumentus, zobratus un nesošās virsmas, tādējādi pagarinot kalpošanas laiku 2–3 reizes. Medicīnas rūpniecība implantiem izmanto bioloģiski saderīgus titāna un hidroksiapatīta{12}}pārklātus materiālus, tādējādi uzlabojot audu integrāciju un nodilumizturību. Automobiļu pielietojums ietver kloķvārpstu un sadales vārpstu apšuvumu ar nodilumizturīgiem sakausējumiem, lai samazinātu apkopi. Turklāt šie materiāli atbalsta komponentu remontu,{16}}atjaunojot nolietotas vai bojātas detaļas (piemēram, hidrauliskos cilindrus) atbilstoši oriģinālajām specifikācijām, tādējādi samazinot nomaiņas izmaksas.
Atlases principi un turpmākā attīstība
Pareiza lāzera apšuvuma materiāla izvēle ir atkarīga no trim galvenajiem faktoriem: pamatnes materiāla (lai nodrošinātu savietojamību), ekspluatācijas apstākļiem (nolietojums, korozija, temperatūra) un procesa prasībām (pulveris pret stiepli, slāņa biezums). Piemēram, tērauda pamatnes labi savienojas ar dzelzs-sakausējumiem, lai nodrošinātu izmaksu-efektivitāti, savukārt alumīnija pamatnēm ir nepieciešami specializēti sakausējumi, lai izvairītos no plaisāšanas. Nākotnes attīstība ir vērsta uz materiālu veiktspējas un daudzpusības uzlabošanu: nanokompozītu materiāli (pievienojot nanodaļiņas, piemēram, CNT) uzlabo izturību un izturību; bioloģiski noārdāmi materiāli pagaidu medicīniskajiem implantiem; un FGM ar plašākiem gradientu diapazoniem hiperskaņas lietojumiem. Turklāt tiek parādīti ilgtspējīgi materiāli (otrreizēji pārstrādāti sakausējumi) un mākslīgā intelekta-optimizētas kompozīcijas, kas atbilst videi draudzīgas ražošanas mērķiem. Lāzertehnoloģijai attīstoties, apšuvuma materiāli kļūs pielāgotāki, ļaujot izmantot jaunus lietojumus mikro-ražošanā un ekstrēmā-vides inženierijā.
