مواد روکش لیزری چیست؟ موارد استفاده، چگونه کار می کند؟

مواد روکش لیزری در کنار هم با انرژی لیزر و برهمکنش بستر عمل می‌کنند تا لایه‌های سطحی با کیفیت- را تشکیل دهند. این فرآیند با وارد شدن مواد (پودر یا سیم) به یک حوضچه مذاب موضعی که توسط پرتو لیزر متمرکز بر روی سطح بستر ایجاد می شود، آغاز می شود. گرمای شدید لیزر هم مواد روکش و هم یک لایه نازک از زیرلایه را ذوب می‌کند و انتشار اتمی و پیوند متالورژیکی قوی‌تر از چسبندگی مکانیکی پوشش‌های سنتی را تضمین می‌کند. برای مواد پودری، یک فیدر کواکسیال یا جانبی مقادیر دقیقی را با اندازه ذرات (20 تا 100 میکرومتر) در حوضچه مذاب وارد می کند که بر راندمان ذوب و یکنواختی لایه تأثیر می گذارد. مواد سیمی که به طور مداوم تغذیه می شوند، استفاده بالاتری از مواد را ارائه می دهند اما به پردازش کندتر نیاز دارند. کلید عملکرد آنها سازگاری با زیرلایه است: نقطه ذوب، ضریب انبساط حرارتی و ترکیب شیمیایی مواد باید برای جلوگیری از ترک، تخلخل یا رقیق شدن بیش از حد در یک راستا باشند. پس از انجماد، مواد روکشی خواص مهندسی شده خود را حفظ می‌کند و باعث افزایش سطح مورد نظر می‌شود.

مواد روکش لیزری بر اساس ترکیب طبقه‌بندی می‌شوند که سه نوع اصلی در استفاده صنعتی غالب هستند. مواد آلیاژی فلزی (مبتنی بر-نیکل، بر پایه تیتانیوم-، بر پایه کبالت-کروم-) همه کاره هستند، آلیاژهای مبتنی بر-نیکل-کارایی مناسب را ارائه می‌دهند (مثلاً Inconel 625) مقاوم در برابر دماهای بالا و خوردگی قطعات، انرژی ایده‌آل و مقاوم در برابر خوردگی آلیاژهای تیتانیوم (مانند Ti{15}}6Al-4V) زیست سازگاری را برای ایمپلنت‌های پزشکی فراهم می‌کنند. کامپوزیت‌های تقویت‌شده سرامیکی (مانند WC{21}Co، Al2O3) ماتریس‌های فلزی را با سرامیک‌های سخت ترکیب می‌کنند تا مقاومت در برابر سایش و سایش را افزایش دهند که در استخراج و ساخت ابزارآلات استفاده می‌شود. مواد درجه بندی شده عملکردی (FGMs) دارای ترکیبات گرادیان هستند که از هسته های سازگار-به سطوح با کارایی بالا انتقال می یابند و مشکلات سازگاری را برای محیط های شدید حل می کنند. مواد پودری به دلیل نرخ تغذیه قابل تنظیم برای کاربردهای دقیق رایج تر هستند، در حالی که مواد سیمی برای روکش کاری با ضایعات کمتر مناسب هستند. هر نوع برای مطابقت با شرایط خدمات خاص، از بارگذاری چرخه ای تا قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، مهندسی شده است.

مواد روکش لیزری با پرداختن به شکاف‌های عملکرد سطح، کاربردهای حیاتی را در صنایع مختلف ممکن می‌سازند. در هوافضا، مواد مبتنی بر نیکل و کبالت{2}}پره‌های توربین و محفظه‌های موتور را پوشانده و مقاومت در برابر دماهای بالا و اکسیداسیون را افزایش می‌دهد. بخش انرژی از آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی{4} (مانند Hastelloy) برای محافظت از خطوط لوله نفت و گاز، سکوهای دریایی و اجزای توربین بادی در برابر محیط های خشن استفاده می کند. تولید متکی به کامپوزیت های سرامیکی (WC{8}}Co) است تا ابزارهای برش، چرخ دنده ها و سطوح بلبرینگ را سخت کند و عمر مفید آن را 2 تا 3 برابر افزایش دهد. صنعت پزشکی از مواد پوشش‌دهی شده{12}}تیتانیوم و هیدروکسی آپاتیت زیست سازگار برای ایمپلنت‌ها استفاده می‌کند که یکپارچگی بافت و مقاومت در برابر سایش را بهبود می‌بخشد. کاربردهای خودرو شامل روکش کردن میل لنگ و میل بادامک با آلیاژهای مقاوم در برابر سایش برای کاهش تعمیر و نگهداری است. علاوه بر این، این مواد از تعمیر قطعات پشتیبانی می‌کنند{16}} قطعات فرسوده یا آسیب‌دیده (مانند سیلندرهای هیدرولیک) را به مشخصات اولیه بازمی‌گردانند و هزینه‌های تعویض را کاهش می‌دهند.

انتخاب مواد روکش لیزری مناسب به سه عامل اصلی بستگی دارد: مواد بستر (برای اطمینان از سازگاری)، شرایط خدمات (ساییدگی، خوردگی، دما)، و الزامات فرآیند (پودر در مقابل سیم، ضخامت لایه). به عنوان مثال، بسترهای فولادی برای مقرون به صرفه بودن-به خوبی با آلیاژهای مبتنی بر آهن-جفت می شوند، در حالی که بسترهای آلومینیومی برای جلوگیری از ترک خوردن به آلیاژهای تخصصی نیاز دارند. توسعه‌های آینده بر ارتقای عملکرد و تطبیق‌پذیری مواد متمرکز هستند: مواد نانوکامپوزیت (افزودن نانوذرات مانند CNT) استحکام و دوام را افزایش می‌دهند. مواد زیست تخریب پذیر برای ایمپلنت های پزشکی موقت؛ و FGM ها با دامنه گرادیان گسترده تر برای کاربردهای مافوق صوت. علاوه بر این، مواد پایدار (آلیاژهای بازیافتی) و ترکیبات بهینه شده با هوش مصنوعی در حال ظهور هستند که با اهداف تولید سبز همسو هستند. همانطور که فناوری لیزر تکامل می یابد، مواد روکش فلزی متناسب تر می شوند و کاربردهای جدیدی را در{8}}تولید کوچک و مهندسی محیط زیست شدید ممکن می سازند.