Mười ứng dụng của công nghệ laser trong xử lý bề mặt

Mười ứng dụng của công nghệ laser trong xử lý bề mặt

Xử lý bề mặt bằng laser là công nghệ sử dụng chùm tia laser mật độ năng lượng cao để làm nóng bề mặt vật liệu theo cách không tiếp xúc và thực hiện sự biến đổi bề mặt của nó bằng cách làm mát dẫn điện bề mặt vật liệu.Nó có lợi cho việc cải thiện các tính chất cơ lý của bề mặt vật liệu, cũng như khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và chống mỏi của các bộ phận.Trong những năm gần đây, các công nghệ xử lý bề mặt bằng laser như làm sạch bằng laser, làm nguội bằng laser, hợp kim hóa bằng laser, tăng cường sốc bằng laser và ủ bằng laser, cũng như lớp phủ bằng laser, in 3D bằng laser, mạ điện bằng laser và các công nghệ sản xuất bồi đắp bằng laser khác đã mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi .

xử lý bề mặt1

1. Làm sạch bằng laser

Làm sạch bằng laser là một công nghệ làm sạch bề mặt mới đang phát triển nhanh chóng, sử dụng chùm tia laser xung năng lượng cao để chiếu xạ bề mặt phôi, để bụi bẩn, hạt hoặc lớp phủ trên bề mặt có thể bay hơi hoặc giãn nở ngay lập tức, do đó đạt được quá trình làm sạch và thanh lọc.Làm sạch bằng laser chủ yếu được chia thành loại bỏ rỉ sét, loại bỏ dầu, loại bỏ sơn, loại bỏ lớp phủ và các quy trình khác;Nó chủ yếu được sử dụng để làm sạch kim loại, làm sạch di tích văn hóa, làm sạch kiến ​​trúc, v.v. Dựa trên các chức năng toàn diện, xử lý chính xác và linh hoạt, hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường xanh, không làm hỏng bề mặt, thông minh, chất lượng làm sạch tốt, an toàn, ứng dụng rộng rãi cùng các đặc điểm và ưu điểm khác, nó ngày càng trở nên phổ biến trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau.

So với các phương pháp làm sạch truyền thống như làm sạch ma sát cơ học, làm sạch ăn mòn hóa học, làm sạch chất lỏng rắn tác động mạnh, làm sạch siêu âm tần số cao, làm sạch bằng laser có những ưu điểm rõ ràng.

2. Làm nguội bằng laser

Làm nguội bằng laser sử dụng tia laser năng lượng cao làm nguồn nhiệt để làm cho bề mặt kim loại nóng và lạnh nhanh chóng.Quá trình làm nguội được hoàn thành ngay lập tức để thu được độ cứng cao và cấu trúc martensite siêu mịn, cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn của bề mặt kim loại, đồng thời hình thành ứng suất nén trên bề mặt để cải thiện khả năng chống mỏi.Ưu điểm cốt lõi của quá trình này bao gồm vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, biến dạng nhỏ, mức độ tự động hóa cao, tính linh hoạt tốt của quá trình làm nguội chọn lọc, độ cứng cao của ngũ cốc tinh chế và bảo vệ môi trường thông minh.Ví dụ, điểm laser có thể được điều chỉnh để làm dịu bất kỳ vị trí chiều rộng nào;Thứ hai, đầu laser và liên kết robot đa trục có thể làm nguội khu vực được chỉ định của các bộ phận phức tạp.Một ví dụ khác, quá trình dập tắt bằng laser cực kỳ nóng và nhanh, ứng suất và biến dạng khi dập tắt là nhỏ.Sự biến dạng của phôi trước và sau khi dập tắt bằng laser gần như có thể bị bỏ qua, do đó nó đặc biệt thích hợp để xử lý bề mặt các bộ phận có yêu cầu độ chính xác cao.

Hiện nay, phương pháp làm nguội bằng laser đã được áp dụng thành công để tăng cường bề mặt của các bộ phận dễ bị tổn thương trong ngành công nghiệp ô tô, công nghiệp khuôn mẫu, công cụ phần cứng và công nghiệp máy móc, đặc biệt là trong việc cải thiện tuổi thọ của các bộ phận dễ bị tổn thương như bánh răng, bề mặt trục, thanh dẫn, hàm và khuôn mẫu.Các đặc điểm của quá trình làm nguội bằng laser như sau:

(1) Làm nguội bằng laser là một quá trình làm nóng nhanh và tự kích thích, không yêu cầu bảo quản nhiệt lò và làm nguội chất làm mát.Đây là quy trình xử lý nhiệt không ô nhiễm, xanh và thân thiện với môi trường, có thể dễ dàng thực hiện quá trình làm nguội đồng đều trên bề mặt khuôn lớn;

(2) Do tốc độ gia nhiệt của laser nhanh, vùng bị ảnh hưởng nhiệt nhỏ và quá trình làm nguội quét bề mặt, nghĩa là làm nguội cục bộ tức thời, độ biến dạng của khuôn được xử lý là rất nhỏ;

(3) Do góc phân kỳ nhỏ của chùm tia laser nên nó có khả năng định hướng tốt và có thể làm nguội cục bộ chính xác bề mặt khuôn thông qua hệ thống dẫn hướng ánh sáng;

(4) Độ sâu lớp cứng của quá trình làm nguội bề mặt bằng laser thường là 0,3-1,5 mm.

3. Ủ laze

Ủ bằng laser là một quá trình xử lý nhiệt sử dụng tia laser để làm nóng bề mặt vật liệu, để vật liệu tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài, sau đó làm nguội từ từ.Mục đích chính của quá trình này là giải phóng ứng suất, tăng độ dẻo và độ dẻo dai của vật liệu và tạo ra cấu trúc vi mô đặc biệt.Nó được đặc trưng bởi khả năng điều chỉnh cấu trúc ma trận, giảm độ cứng, tinh chế hạt và loại bỏ ứng suất bên trong.Trong những năm gần đây, công nghệ ủ laser cũng đã trở thành một quy trình mới trong ngành xử lý chất bán dẫn, có thể cải thiện đáng kể khả năng tích hợp của các mạch tích hợp.

4. Tăng cường sốc bằng laser

Công nghệ tăng cường sốc bằng laser là công nghệ mới và cao sử dụng sóng xung kích plasma được tạo ra bởi chùm tia laser mạnh để cải thiện khả năng chống mỏi, chống mài mòn và chống ăn mòn của vật liệu kim loại.Nó có nhiều ưu điểm vượt trội như không có vùng ảnh hưởng nhiệt, hiệu suất năng lượng cao, tốc độ biến dạng cực cao, khả năng kiểm soát mạnh mẽ và hiệu quả tăng cường vượt trội.Đồng thời, tăng cường sốc bằng laser có đặc điểm là ứng suất nén dư sâu hơn, cấu trúc vi mô tốt hơn và tính toàn vẹn bề mặt, ổn định nhiệt tốt hơn và tuổi thọ dài hơn.Trong những năm gần đây, công nghệ này đã đạt được sự phát triển nhanh chóng và có vai trò to lớn trong ngành hàng không vũ trụ, quốc phòng, quân sự và các lĩnh vực khác.Ngoài ra, lớp phủ chủ yếu được sử dụng để bảo vệ phôi khỏi bị bỏng laser và tăng cường khả năng hấp thụ năng lượng laser.Hiện nay, vật liệu phủ thường được sử dụng là sơn đen và giấy nhôm.

Gia công bằng laser (LP), còn được gọi là gia công bằng laser (LSP), là một quá trình được áp dụng trong lĩnh vực kỹ thuật bề mặt, nghĩa là sử dụng chùm tia laser công suất cao dạng xung để tạo ra ứng suất dư trong vật liệu nhằm cải thiện khả năng chống mài mòn (chẳng hạn như khả năng chống mài mòn và chống mỏi) của bề mặt vật liệu hoặc để cải thiện độ bền của các phần vật liệu mỏng để tăng cường độ cứng bề mặt của vật liệu.

Không giống như hầu hết các ứng dụng xử lý vật liệu, LSP không sử dụng năng lượng laser để xử lý nhiệt để đạt được hiệu quả mong muốn mà sử dụng tác động của chùm tia để xử lý cơ học.Chùm tia laser công suất cao được sử dụng để tác động lên bề mặt phôi mục tiêu bằng xung ngắn công suất cao.

Chùm sáng tác động lên phôi kim loại, làm bay hơi phôi thành trạng thái plasma mỏng ngay lập tức và tạo áp suất sóng xung kích lên phôi.Đôi khi một lớp mỏng vật liệu phủ mờ đục được thêm vào phôi để thay thế sự bay hơi của kim loại.Để tạo áp suất, các vật liệu phủ trong suốt hoặc lớp giao thoa quán tính khác được sử dụng để thu giữ plasma (thường là nước).

Plasma tạo ra hiệu ứng sóng xung kích, định hình lại cấu trúc vi mô bề mặt của phôi tại điểm va chạm, sau đó tạo ra phản ứng dây chuyền giãn nở và nén kim loại.Ứng suất nén sâu do phản ứng này tạo ra có thể kéo dài tuổi thọ của bộ phận.

5. Hợp kim laze

Hợp kim hóa bằng laser là một công nghệ biến đổi bề mặt mới, có thể được sử dụng để chuẩn bị lớp phủ hỗn hợp gốm kim loại được gia cố tinh thể nano vô định hình trên bề mặt của các bộ phận kết cấu theo các điều kiện dịch vụ khác nhau của vật liệu hàng không và đặc tính của tốc độ ngưng tụ và gia nhiệt chùm tia laser mật độ năng lượng cao, vì vậy để đạt được mục đích sửa đổi bề mặt của vật liệu hàng không.So với công nghệ hợp kim laser, công nghệ phủ laser có các đặc điểm là tỷ lệ pha loãng nhỏ của chất nền với bể nóng chảy, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, biến dạng nhiệt nhỏ của phôi và tỷ lệ phế liệu nhỏ của phôi sau khi xử lý lớp phủ bằng laser.Lớp phủ bằng laser có thể cải thiện đáng kể tính chất bề mặt của vật liệu và sửa chữa các vật liệu bị mòn.Nó có đặc tính hiệu quả cao, tốc độ nhanh, bảo vệ môi trường xanh và không gây ô nhiễm, và hiệu suất phôi tốt sau khi xử lý.

xử lý bề mặt26. Tấm ốp laze

Công nghệ ốp laser cũng là một trong những công nghệ biến đổi bề mặt mới thể hiện hướng phát triển và trình độ của kỹ thuật bề mặt.Công nghệ phủ laser đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong việc biến đổi bề mặt của hợp kim titan do ưu điểm là sự kết hợp luyện kim không gây ô nhiễm giữa lớp phủ và chất nền.Lớp phủ gốm phủ laser hoặc lớp phủ composite gia cố bằng hạt gốm là một cách hiệu quả để cải thiện khả năng chống mài mòn bề mặt của hợp kim titan.Theo điều kiện làm việc thực tế, chọn hệ thống vật liệu phù hợp và công nghệ ốp laser có thể đạt được yêu cầu quy trình tốt nhất.Công nghệ ốp laze có thể sửa chữa nhiều bộ phận bị hỏng khác nhau, chẳng hạn như cánh động cơ máy bay.

Sự khác biệt giữa hợp kim hóa bề mặt bằng laser và lớp phủ bề mặt bằng laser là hợp kim hóa bề mặt bằng laser là trộn hoàn toàn các thành phần hợp kim được thêm vào và lớp bề mặt của chất nền ở trạng thái lỏng để tạo thành lớp hợp kim;Lớp phủ bề mặt bằng laser là để làm tan chảy tất cả lớp phủ trước và làm tan chảy vi mô bề mặt nền, sao cho lớp ốp và vật liệu nền tạo thành một sự kết hợp luyện kim và giữ cho thành phần của lớp ốp về cơ bản không thay đổi.Công nghệ hợp kim laser và phủ laser chủ yếu được sử dụng để cải thiện khả năng chống mài mòn bề mặt, chống ăn mòn và khả năng chống phân loại của hợp kim titan.

Hiện nay, công nghệ phủ laser đã được sử dụng rộng rãi trong việc sửa chữa và chỉnh sửa bề mặt kim loại.Tuy nhiên, mặc dù lớp phủ laser truyền thống có những ưu điểm và đặc điểm là xử lý linh hoạt, sửa chữa hình dạng đặc biệt, phụ gia do người dùng xác định, v.v., nhưng hiệu quả công việc của nó thấp và vẫn không thể đáp ứng yêu cầu sản xuất và xử lý nhanh quy mô lớn trong một số lĩnh vực sản xuất.Để đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt và nâng cao hiệu quả của lớp phủ, công nghệ ốp laser tốc độ cao đã ra đời.

Công nghệ ốp laze tốc độ cao có thể tạo ra lớp ốp nhỏ gọn và không có khuyết tật.Chất lượng bề mặt của lớp ốp nhỏ gọn, liên kết luyện kim với nền, không có khuyết tật hở và bề mặt nhẵn.Nó không chỉ có thể được xử lý trên thân quay mà còn trên mặt phẳng và bề mặt phức tạp.Thông qua tối ưu hóa kỹ thuật liên tục, công nghệ này có thể được sử dụng rộng rãi trong ngành than, luyện kim, giàn khoan ngoài khơi, sản xuất giấy, thiết bị dân dụng, ô tô, tàu thủy, dầu khí, hàng không vũ trụ và trở thành quy trình tái sản xuất xanh có thể thay thế công nghệ mạ điện truyền thống.

7. Khắc laser

Khắc laser là một quá trình xử lý laser sử dụng công nghệ CNC để chiếu chùm tia laser năng lượng cao lên bề mặt vật liệu và sử dụng hiệu ứng nhiệt do tia laser tạo ra để tạo ra các hoa văn rõ ràng trên bề mặt vật liệu.Sự biến tính vật lý của quá trình nóng chảy và khí hóa vật liệu xử lý dưới sự chiếu xạ của khắc laser có thể cho phép khắc laser đạt được mục đích xử lý.Khắc laser là sử dụng tia laser để khắc chữ lên vật thể.Chữ được khắc bằng công nghệ này không có vết khía, bề mặt đồ vật nhẵn và phẳng, chữ viết sẽ không bị mòn.Các tính năng và ưu điểm của nó bao gồm: an toàn và đáng tin cậy;Chính xác và tỉ mỉ, độ chính xác có thể đạt tới 0,02mm;Tiết kiệm vật liệu và bảo vệ môi trường trong quá trình chế biến;Tốc độ cao, khắc tốc độ cao theo bản vẽ đầu ra;Chi phí thấp, không bị giới hạn bởi số lượng xử lý, v.v.

xử lý bề mặt3

8. In 3D bằng laze

Quá trình này áp dụng công nghệ ốp laze, sử dụng tia laze để chiếu xạ dòng bột được vận chuyển bằng vòi phun để làm tan chảy trực tiếp chất đơn giản hoặc bột hợp kim.Sau khi chùm tia laze rời đi, chất lỏng hợp kim đông cứng nhanh chóng để tạo ra nguyên mẫu nhanh chóng của hợp kim.Hiện nay, nó đã được sử dụng rộng rãi trong mô hình công nghiệp, sản xuất máy móc, hàng không vũ trụ, quân sự, kiến ​​trúc, điện ảnh và truyền hình, thiết bị gia dụng, công nghiệp nhẹ, y học, khảo cổ học, văn hóa nghệ thuật, điêu khắc, trang sức và các lĩnh vực khác.

xử lý bề mặt4

9. Các ứng dụng công nghiệp điển hình của xử lý và tái sản xuất bề mặt bằng laser

Hiện nay, các công nghệ, quy trình và thiết bị xử lý bề mặt bằng laser và sản xuất bồi đắp được sử dụng rộng rãi trong luyện kim, máy móc khai thác mỏ, khuôn mẫu, năng lượng dầu mỏ, công cụ phần cứng, vận tải đường sắt, hàng không vũ trụ, máy móc và các ngành công nghiệp khác.

 

10. Ứng dụng công nghệ mạ điện laser

Mạ điện bằng laser là một công nghệ mạ điện chùm tia năng lượng cao mới, có ý nghĩa rất lớn đối với việc sản xuất và sửa chữa các thiết bị vi điện tử và mạch tích hợp quy mô lớn.Hiện nay, mặc dù nguyên lý mạ điện laser, cắt bỏ laser, lắng đọng laser plasma và tia laser vẫn đang được nghiên cứu nhưng các công nghệ của chúng đã được áp dụng.Khi laser liên tục hoặc laser xung chiếu xạ bề mặt cực âm trong bể mạ điện, không chỉ tốc độ lắng đọng của kim loại có thể được cải thiện đáng kể mà còn có thể sử dụng máy tính để điều khiển quỹ đạo của chùm tia laser để thu được lớp phủ không được che chắn của hình học phức tạp dự kiến.

Ứng dụng mạ điện laser trong thực tế chủ yếu dựa trên hai đặc điểm sau:

(1) Tốc độ trong vùng chiếu xạ laser cao hơn nhiều so với tốc độ mạ điện trong cơ thể (khoảng 103 lần);

(2) Khả năng điều khiển của tia laser rất mạnh, có thể làm cho phần cần thiết của vật liệu kết tủa lượng kim loại cần thiết.Quá trình mạ điện thông thường diễn ra trên toàn bộ bề mặt điện cực, tốc độ mạ điện chậm nên khó hình thành các mẫu phức tạp và tinh xảo.Mạ điện bằng laser có thể điều chỉnh chùm tia laser theo kích thước micromet và tiến hành theo dõi không được che chắn trên kích thước micromet.Đối với thiết kế mạch, sửa chữa mạch và lắng đọng cục bộ trên các thành phần đầu nối vi điện tử, kiểu ánh xạ tốc độ cao này ngày càng trở nên thiết thực.

So với mạ điện thông thường, ưu điểm của nó là:

(1) Tốc độ lắng đọng nhanh, chẳng hạn như mạ vàng bằng laser lên tới 1 μ M/s, mạ đồng bằng laser lên đến 10 μ M/s, mạ vàng bằng laser lên đến 12 μ M/s, mạ đồng bằng laser lên đến 50 μ m/s;

(2) Sự lắng đọng kim loại chỉ xảy ra trong khu vực chiếu xạ laser và có thể thu được lớp phủ lắng đọng cục bộ mà không cần các biện pháp che chắn, do đó đơn giản hóa quy trình sản xuất;

(3) Độ bám dính của lớp phủ được cải thiện đáng kể;

(4) Dễ dàng thực hiện điều khiển tự động;

(5) Tiết kiệm kim loại quý;

(6) Tiết kiệm thời gian đầu tư và xử lý thiết bị.

Khi tia laser liên tục hoặc tia laser xung chiếu xạ bề mặt cực âm trong bể mạ điện, không chỉ tốc độ lắng đọng của kim loại có thể được cải thiện đáng kể mà máy tính còn có thể điều khiển đường chuyển động của chùm tia laser để thu được lớp phủ không được che chắn với phức hợp dự kiến. hình học.Công nghệ mạ điện tăng cường tia laser mới hiện nay kết hợp công nghệ mạ điện tăng cường bằng laser với phun dung dịch mạ điện, để tia laser và dung dịch mạ có thể bắn đồng thời lên bề mặt cực âm, tốc độ truyền khối nhanh hơn nhiều so với tốc độ truyền khối. khuấy vi mô do chiếu xạ laser, do đó đạt được tốc độ lắng đọng rất cao.

xử lý bề mặt5

Sự phát triển và đổi mới trong tương lai

Trong tương lai, hướng phát triển của thiết bị xử lý bề mặt bằng laser và sản xuất bồi đắp có thể được tóm tắt như sau:

·Hiệu suất cao – hiệu suất xử lý cao, đáp ứng nhịp độ sản xuất nhanh của nền công nghiệp hiện đại;

·Hiệu suất cao – thiết bị có chức năng đa dạng, hoạt động ổn định, phù hợp với các điều kiện làm việc khác nhau;

·Thông minh cao – mức độ thông minh không ngừng được nâng cao, ít can thiệp thủ công hơn;

·Chi phí thấp - chi phí thiết bị có thể kiểm soát được và giảm chi phí vật tư tiêu hao;

·Tùy chỉnh - tùy chỉnh thiết bị được cá nhân hóa, dịch vụ hậu mãi chính xác,

·Và kết hợp – kết hợp công nghệ laser với công nghệ xử lý truyền thống.


Thời gian đăng: 17-09-2022

  • Trước:
  • Kế tiếp: