Лазердик нур менен ширетүү, жогорку ылдамдыгы, жогорку тактыгы жана контактсыз мүнөздөмөлөрү менен автомобиль, аэрокосмос жана электрондук түзүлүштөр сыяктуу тармактарда кеңири колдонулат, айрыкча ар кандай материалдарды туташтырууда уникалдуу артыкчылыктарды көрсөтөт. Бирок, ширетүү процессинде пайда болгон катуу жаракалар (Катуу жаракалар) анын өнөр жайлык колдонулушун чектөөчү негизги кемчиликтердин бири болуп саналат. Бул жаракалар, адатта, катуулануунун аягында эрүү зонасында (Эрүү зонасы) пайда болот, бул жылуулук стрессинин, катуулануунун кичирейишинин жана суюк пленканын дан чектерине тийгизген айкалышкан таасирлеринин натыйжасында пайда болот, бул муундун механикалык касиеттерин жана чарчоо мөөнөтүн бир кыйла кыскартат.
1. Түзүү механизми
Катуу жаракалардын негизги механизми катуулануунун аягындагы дан чектериндеги калдык суюктук пленкасында жатат. Катуулануу процессинде эриген көлмө үч зонага бөлүнөт: эркин суюктук зонасы, чектелген суюктук зонасы жана катуу зона, 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Чектелген суюктук зонасында суюктук агымы бөгөттөлүп, катуулануунун кичирейишинен пайда болгон деформацияны компенсациялай албайт, натыйжада дан чектеринин ажырашы пайда болот. Дан чектеринин энергиясынын (γgb) катуу-суюктук интерфейс энергиясына (γsl) болгон катышы суюктук пленкасынын туруктуулугун аныктайт: эгерде γgb < 2γsl болсо, суюктук пленкасы туруксуз болот жана дандардын биригиши пайда болот; тескерисинче, суюктук пленкасы туруктуу болот жана жаракалардын пайда болушуна жакын.
Мындан тышкары, катуу жаракалардын пайда болушу материалдардын металлургиялык касиеттери менен да байланыштуу. Ар кандай материалдар катуулануунун ар кандай мүнөздөмөлөрүнө ээ, мисалы, катуулануунун температуралык диапазону, катуулануунун кичирейүү ылдамдыгы жана эритме элементтеринин бөлүштүрүлүшү ж.б. Бул мүнөздөмөлөр жаракалардын сезгичтигине таасир этет. Мисалы, көп сандаган төмөнкү эрүү температурасы бар эвтектикалык фазаларды камтыган материалдарда катуулануунун жаракаларынын сезгичтиги жогору, анткени бул эвтектикалык фазалар катуулануу учурунда үзгүлтүксүз суюк пленкаларды пайда кылууга жакын, ошону менен жаракалардын пайда болушун күчөтөт.
учурундалазердик ширетүү процесси, лазердин кубаттуулугу, ширетүү ылдамдыгы жана тактын өлчөмү сыяктуу ширетүү параметрлери да катып калуу жаракаларынын пайда болушуна таасир этет. Бул параметрлер ширетүү процессинде жылуулуктун киришине жана температура градиентине таасир этет, ошону менен катып калуу түзүлүшүн жана дан морфологиясын өзгөртөт. Мисалы, лазердин кубаттуулугунун жогору болушу жана ширетүү ылдамдыгынын төмөн болушу жылуулуктун киришинин жогору болушуна жана муздатуу ылдамдыгынын жайлашына алып келет, бул мамычалуу кристаллдардын өсүшүнө өбөлгө түзөт жана жарака сезгичтигин жогорулатат. Тескерисинче, лазердин кубаттуулугунун төмөн болушу жана ширетүү ылдамдыгынын жогору болушу жылуулуктун киришинин аз болушуна жана муздатуу ылдамдыгынын тездешине алып келет, бул тең октуу кристаллдардын пайда болушуна өбөлгө түзөт жана жарака сезгичтигин төмөндөтөт.
2. Басуу чаралары
Катуу жаракаларды натыйжалуу басуу үчүнлазер менен ширетүү, изилдөөчүлөр негизинен дандын түзүлүшүн көзөмөлдөөгө, ширетүү параметрлерин оптималдаштырууга жана материалдын касиеттерин жакшыртууга багытталган ар кандай стратегияларды сунушташты. Дандын түзүлүшүн өркүндөтүү менен дандын чек араларынын санын көбөйтүүгө жана чыңалуу концентрациясынын концентрациясын азайтууга болот, ошону менен жаракалардын пайда болушун азайтууга болот. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, лазердик нурдун термелүү технологиясын колдонуу менен мамычалуу кристаллдарды башка материалдарды кошпостон майда тең октуу кристаллдарга айландырууга болот. Лазердик нурдун термелүүсү лазердик энергияны чачыратып, эриген көлмөдө турбуленттүүлүктү пайда кылып, ошону менен мамычалуу кристаллдардын өсүү багытын бузуп, тең октуу кристаллдардын пайда болушуна өбөлгө түзөт, 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Мындан тышкары, лазердик нурдун термелүүсү эриген көлмөнүн туурасын көбөйтүп, температура градиентин азайтып, эриген көлмөнүн катып калуу убактысын узарта алат, бул эриген заттардын диффузиясына жана суюк пленкалардын толукталышына өбөлгө түзөт, ошону менен катып калуу жаракаларынын сезгичтигин бир топ төмөндөтөт.
Дандын чек ара суюк пленкаларынын ар кандай көлмө формаларынын астында жайылышы.
Ширетүүчү эритме бассейндин схемалык диаграммасы, а, б) термелүүсүз, в, г) каптал термелүүсү, д, е) узунунан кеткен термелүүсү, g, h) айланма термелүүсү.
Мындан тышкарылазер нуруТермелүү технологиясы, кош лазер булактарын колдонуу да катуулануу жаракаларын басуунун натыйжалуу ыкмаларынын бири болуп саналат. Кош лазер булактары жылуулук циклин оптималдаштыруу менен мамычалуу кристаллдардан тең октуу кристаллдарга трансформацияга жетише алат, ошону менен дандын өлчөмүн жана деформация концентрациясын азайтат. Мисалы, негизги жылуулук булагы катары CO₂ лазерин жана кошумча жылуулук булагы катары Nd:YAG импульстук лазерин колдонгондо, ширетүү учурунда оптималдаштырылган жылуулук циклин түзүүгө болот, бул тең октуу кристаллдардын пайда болушуна өбөлгө түзөт жана катуулануу жаракаларынын сезгичтигин төмөндөтөт, 4-сүрөттө көрсөтүлгөндөй.
Ширетүү параметрлерин оптималдаштыруу да катып калуу жаракаларын басуунун маанилүү каражаты болуп саналат. Лазердин күчү, ширетүү ылдамдыгы жана тактын өлчөмү сыяктуу параметрлерди тууралоо менен, ширетүү процессиндеги жылуулуктун киришин жана температуранын градиентин көзөмөлдөөгө болот, ошону менен катып калуу түзүлүшүнө жана дан морфологиясына таасир этет. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, алдын ала ысытуу менен иштетүү муздатуу ылдамдыгын төмөндөтүп, тең октуу кристаллдардын пайда болушуна өбөлгө түзүп, ошону менен катып калуу жаракаларынын сезгичтигин төмөндөтүшү мүмкүн, 5-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Мындан тышкары, импульстук лазердик ширетүүнү колдонуу жана ширетүү ылдамдыгын жогорулатуу сыяктуу ыкмалар жылуулуктун киришин жана муздатуу ылдамдыгын өзгөртүү менен мамычалуу кристаллдардан тең октуу кристаллдарга өтүүгө жетишип, ошону менен жаракалардын сезгичтигин төмөндөтөт.
5-сүрөт. а) Жылытылбаган, б) 300°C алдын ала ысытылган тең октуу дандар.
Ар кандай материалдарды лазер менен ширетүү учурунда, материалдардын ортосундагы физикалык жана химиялык касиеттердеги олуттуу айырмачылыктардан улам, морт аралык металл кошулмалары пайда болууга жакын, бул катуу жаракалардын негизги себептеринин бири. Ошондуктан, металл аралык кошулмалардын пайда болушун же санын азайтуу үчүн лазердин параметрлерин жана жөндөөлөрүн тууралоо да катуу жаракаларды басуунун маанилүү стратегиясы болуп саналат. Мисалы, жез-алюминий ар кандай материалдарды лазер менен ширетүү учурунда, лазер нурунун жылышуусун жана ширетүү ылдамдыгын көзөмөлдөө менен, эриген көлмөдөгү жез менен алюминийдин аралаштыруу катышын азайтууга болот, ошону менен морт аралык металл кошулмаларынын пайда болушун азайтып, жаракалардын сезгичтигин төмөндөтүүгө болот. Мындан тышкары, толтургуч материалдарды колдонуу ширетилген муундун иштешин жакшыртып, жаракалардын пайда болушун азайта алат. Толтургуч материалдар ширетилген муундун курамын жана микроструктурасын өзгөртүү жана ширетилген муундун бышыктыгын жакшыртуу менен металл аралык кошулмалардын пайда болушун азайта алат.
Катуу жаракалар лазердик ширетүү процесстериндеги кеңири таралган кемчиликтердин бири болуп саналат. Алардын пайда болуу механизми татаал жана жылуулук, механика жана металлургия сыяктуу бир нече факторлордун өз ара аракеттенүүсүн камтыйт. Катуу жаракалардын пайда болуу механизмин терең изилдөө менен жаракаларды басуу үчүн теориялык негиз түзүлсө болот. Акыркы жылдары изилдөөчүлөр катуу жаракаларды басуунун ар кандай стратегияларын сунушташты, алар негизинен дандын түзүлүшүн көзөмөлдөөгө, ширетүү параметрлерин оптималдаштырууга жана материалдын касиеттерин жакшыртууга багытталган. Практика көрсөткөндөй, бул стратегиялар катуу жаракалардын сезгичтигин белгилүү бир деңгээлде натыйжалуу түрдө төмөндөтүп, лазердик ширетүүнүн сапатын жана ишенимдүүлүгүн жакшырта алат. Бирок, лазердик ширетүү процессинин татаалдыгына жана ар түрдүүлүгүнө байланыштуу, учурдагы изилдөөлөрдө дагы эле айрым кемчиликтер бар. Мисалы, ар кандай материалдарда жана ширетүү шарттарында катуу жаракалардын ингибирлөө механизмдери боюнча дагы терең изилдөөлөр талап кылынат.
Жарыяланган убактысы: 20-март, 2025-жыл
