الكسوة بالليزر هي تقنية لتعديل السطح تستخدم شعاع ليزر عالي الطاقة كمصدر حرارة لإيداع طلاء سبيكة بخصائص خاصة على الركيزة. تتميز بمزايا معدل التخفيف المنخفض ، والمنطقة الصغيرة المتأثرة بالحرارة ، وقوة الترابط العالية مع الركيزة ، والتلوث البيئي القليل. لذلك ، فهي تستخدم على نطاق واسع في إصلاح السطح وتقوية المكونات الرئيسية مثل صناعة السيارات ، وصناعة البتروكيماويات ، وآلات التعدين.
كسوة ليزرهي عملية معدنية معقدة تشمل الفيزياء والكيمياء والمواد. غالبًا ما تتسبب خصائص التسخين والتبريد في التصلب السريع في حدوث عيوب مثل التشققات والمسام في طبقة الكسوة. في الدراسات السابقة ، قام العلماء المحليون والأجانب بشكل أساسي بإزالة أو تقليل عيوب طلاء الكسوة بالليزر من خلال تصميم المواد وتحسين معلمات العملية. ومع ذلك ، بالنسبة لطلاءات السبائك عالية الصلابة ، لا يزال من الصعب إزالة العيوب الهيكلية عن طريق تغيير العملية الحالية ، والتي تتطلب النظر في التحكم في بنية تصلب الطلاء من خلال تطبيق مجال خارجي ، وبالتالي تحسين جودة الطلاء. كتقنية إضافية للمجال الخارجي ، فإن المجال الكهرومغناطيسي له مزايا من مجموعات مختلفة ، وإمكانية تحكم جيدة ، وصداقة بيئية. لقد تم تطبيقها في الصب ، اللحام ، المعالجة بالليزر ، وغيرها من المجالات. تُستخدم القوة الكهرومغناطيسية الناتجة عن المجال الكهرومغناطيسي لتحريك الذوبان ، والذي يمكن أن يتسبب في انتقال حراري قوي للمعدن السائل في البركة المنصهرة ، وتجانس مجال درجة الحرارة وتوزيع المذاب في البركة المنصهرة ، وتلعب دورًا في تقليل درجة التبريد الفائق وتنقية هيكل التصلب.
1 آلية تأثير المجال الكهرومغناطيسي على عملية الكسوة بالليزر
المجال الكهرومغناطيسي هو وسيلة مساعدة خارجية غير متصلة. أثناء عملية الكسوة بالليزر ، سيتفاعل المجال الكهرومغناطيسي مع المعدن المنصهر في البركة المنصهرة لتوليد القوة الكهرومغناطيسية. ستغير القوة الكهرومغناطيسية حركة الحمل الحراري ونقل الكتلة وعملية نقل الحرارة للذوبان ، ومن ثم تؤثر على عملية التصلب لطبقة الكسوة. ينعكس تأثير المجال الكهرومغناطيسي على سلوك حركة الذوبان بشكل أساسي في عدة جوانب مثل تأثير التحريك الكهرومغناطيسي ، وتأثير الكبح الكهرومغناطيسي ، وتأثير السوائل الكهرومغناطيسية الحرارية ، وتأثير الهجرة الكهرومغناطيسية ، وتأثير الجلد. ينعكس تأثير المجال الكهرومغناطيسي على عملية تصلب الذوبان بشكل أساسي في عدة جوانب مثل تجزئة الحبوب وتأثير تذبذب المجموعة الذرية وتأثير تسخين جول.
2 تأثيرات أشكال المجال الكهرومغناطيسي المختلفة على البنية المجهرية وخصائص طلاء الكسوة بالليزر
- المجال المغناطيسي للحالة المستقرة: يساعد المجال المغناطيسي للحالة المستقرة على قمع تموج السطح للطلاء ، وتقليل عدد الشقوق ، وتحسين بنية الطلاء. يمكن للحقل المغناطيسي للحالة المستقرة أن يقلل من سرعة التدفق داخل البركة المنصهرة ، ولكن ليس له تأثير واضح على مجال درجة الحرارة ؛ عندما تكون شدة المجال المغناطيسي للحالة المستقرة أعلى من قيمة معينة ، يكون لها تأثير مثبط كبير على تموجات سطح الطبقة المنصهرة.
- المجال المغناطيسي غير المستقر: المجال المغناطيسي المتناوب له تأثير ضئيل على عرض ومعدل التخفيف لطبقة الكسوة ، بينما ينخفض ارتفاعها وزاوية التلامس مع زيادة شدة المجال المغناطيسي ، كما يتأثر تسطيح سطح طبقة الكسوة. شدة المجال المغناطيسي والتردد. بالمقارنة مع المجالات المغناطيسية المتناوبة والدوارة ، يمكن تطبيق المجال المغناطيسي النبضي بشكل متقطع على البركة المنصهرة عن طريق التحكم في قوة وتكرار المجال المغناطيسي. ومع ذلك ، نظرًا للتسخين السريع وخصائص عملية التبريد السريع للكسوة بالليزر ، فإن وقت وجود البركة المنصهرة قصير نسبيًا ، لذلك هناك عدد قليل نسبيًا من الدراسات حول الكسوة بالليزر بمساعدة المجال المغناطيسي النبضي. كما هو مبين في الشكل ، بالمقارنة مع العينات التي تم تحضيرها بدون مساعدة المجال الخارجي ، يمكن أن تقلل الأنواع الأربعة من المجالات المغناطيسية عدد التشققات في الطلاء ، وتنقية الحبوب وزيادة صلابة الطلاء. من بينها ، يكون للكسوة بالليزر النبضي بمساعدة المجال المغناطيسي أفضل تأثير ، لكن ظاهرة فصل الطور الصلب تظهر في الطلاء.
يستخدم مجال كهربائي واحد على نطاق واسع في اللحام والصب ، ولكن يتم إجراء أبحاث أقل في مجال الكسوة بالليزر. في الوقت الحاضر ، هناك نوعان رئيسيان من المجال الكهربائي المستخدم في الكسوة بالليزر: المجال الكهربائي المتناوب والمجال الكهربائي النبضي.
- المجال الكهربائي المتناوب: يجعل تأثير الترحيل الكهربائي الأيونات في الذوبان تتحرك بشكل اتجاهي ، وسيؤدي تأثير تسخين الجول للتيار إلى تغيير درجة حرارة المصهور ، مما يؤثر على عملية تصلب طبقة الكسوة. يمكن للتيار المتردد أن يعزز صقل الحبوب وفي نفس الوقت يزيد من ارتفاع منطقة الحبيبات الدقيقة في الجزء السفلي من الطلاء ، مما يساعد على تقليل تكوين الشقوق. سيشكل إدخال التيار المتردد قوة كهرومغناطيسية مستحثة مع اتجاه متغير باستمرار في البركة المنصهرة ، والتي ستعمل كتأثير التحريك الكهرومغناطيسي على المعدن السائل في البركة المنصهرة ، وتقليل تدرج درجة الحرارة في جبهة التصلب ، وبالتالي تساهم في صقل الحبوب.
- المجال الكهربائي النبضي: يتميز تيار النبض بخصائص عدم الاستمرارية والتغير والتواتر. يمكن أن يؤدي تطبيق تيار النبض أثناء عملية الكسوة إلى تغيير سرعة تدفق الذوبان ، ويمكن لقوة القص المتكونة في المصهور أن تكسر الحبيبات المشكلة ، وتزيد من معدل التنوي ، وتنقية الحبوب.
3 نظام مواد طلاء الكسوة بالليزر بمساعدة المجال الكهرومغناطيسي
في الوقت الحاضر ، تم تطبيق تقنية الكسوة بالليزر بمساعدة المجال الكهرومغناطيسي في تحضير العديد من طلاءات السبائك والطلاءات المركبة. بالنسبة لطلاء السبائك ، يساعد المجال الكهرومغناطيسي على تحسين تجانس مكونات الطلاء وتوزيع المراحل المترسبة. بالنسبة للطلاءات المركبة ، يمكن أن يؤدي تأثير التحريك الكهرومغناطيسي للمجال الكهرومغناطيسي إلى تغيير خصائص التوزيع لمرحلة التعزيز في البركة المنصهرة.
- الطلاء القائم على الحديد: بعد تطبيق المجال الكهرومغناطيسي ، مع زيادة قوة المجال المغناطيسي ، تقل خشونة السطح لطبقة الكسوة ، ويتم تحسين الهيكل بشكل كبير ، وتقليل العيوب مثل المسام والشقوق ؛ تم تحسين الصلابة ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل للطلاء. بالمقارنة مع الطلاء المحضر بدون مجال مغناطيسي ، تكون قيمة صلابة الطلاء المحضر بمساعدة المجال المغناطيسي أكثر ثباتًا على طول اتجاه العمق.
- الطلاء القائم على الكوبالت: يمكن للحقل المغناطيسي للحالة المستقرة أن يمنع الحمل الحراري للبركة المنصهرة ، ويثري الفصل الكلي ، ويمكن توزيع عناصر المصفوفة بشكل أكبر في الجزء السفلي من البركة المنصهرة ، لذلك من السهل الحصول على طبقة الكسوة بتركيبة قريبة من تركيبة مسحوق السبيكة. يمكن أن يؤدي التأثير المغنطيسي الناتج عن المجال المغناطيسي إلى تقليل معامل التمدد الحراري ومعامل المرونة لطبقة الكسوة بشكل فعال ، وتقليل الإجهاد الحراري أثناء عملية التكسية ، ثم تقليل حساسية الكراك.
- الطلاء المركب: لا يؤثر المجال المغناطيسي الثابت على تكوين الطور للطلاء المركب ، ولكن له تأثير كبير على البنية المجهرية للطلاء وتوزيع مرحلة تقوية السيراميك. تساعد شدة مجال مغناطيسي معينة في تحسين الهيكل ، ويكون توزيع مرحلة تقوية السيراميك في الهيكل كثيفًا. يوضح الشكل تأثير المجال المركب الكهرومغناطيسي جنبًا إلى جنب مع المجال المغناطيسي للحالة المستقرة والحقل الكهربائي للتيار المستمر على التوزيع والبنية المجهرية لجزيئات WC في الكسوة بالليزر In718 / WC الطلاء المركب. يمكن لقوة لورنتز الهابطة الناتجة عن المجال الكهرومغناطيسي أن تعزز الحمل الحراري لمارانجوني في البركة المنصهرة ، مما يساهم في التوزيع المنتظم لجزيئات المرحاض في الطلاء المركب. يمكن للتيار المباشر أن يزيد من معدل التنوي للكربيدات سهلة الانصهار ، ويمكن أن يكسر الحمل الحراري المارانجوني المحسن التشعبات العمودية ، وبالتالي تحسين الهيكل.
4 التوقعات
يمكن لتقنية الكسوة بالليزر بمساعدة المجال الكهرومغناطيسي أن تحقق التحكم في البنية المجهرية لطبقة الكسوة ، وتعزز صقل الحبوب ، وتقلل من الفصل في التركيب ، وتجعل توزيع مرحلة التعزيز أكثر اتساقًا ، وتمنع بدء العيوب مثل الثقوب والشقوق. لذلك ، يمكن تحضير الطلاءات ذات الخصائص الممتازة عن طريق تقنية الكسوة بالليزر بمساعدة المجال الكهرومغناطيسي. تقنية الكسوة بالليزر بمساعدة المجال الكهرومغناطيسي هي ابتكار لتقنية المعالجة بالليزر التقليدية. لا يمكنها فقط تعزيز تطبيق النظرية الكهرومغناطيسية في تكنولوجيا المعالجة بالليزر ولكن أيضًا تعزز تطوير تقنية إعادة التصنيع بالليزر على سطح الأجزاء عالية الأداء. لديها أبحاث نظرية واسعة وآفاق تطبيق هندسي.