Лазерлік сәулемен дәнекерлеужоғары жылдамдығымен, жоғары дәлдігімен және жанаспайтын сипаттамаларымен автомобильдер, аэроғарыш және электронды құрылғылар сияқты салаларда кеңінен қолданылады, әсіресе әртүрлі материалдарды қосуда ерекше артықшылықтар көрсетеді. Дегенмен, дәнекерлеу процесінде пайда болатын қатаю жарықтары (Қату жарықтары) оның өнеркәсіптік қолданылуын шектейтін негізгі ақаулардың бірі болып табылады. Бұл жарықтар әдетте қатаюдың соңында балқу аймағында (Біріктіру аймағы) пайда болады, бұл термиялық кернеудің, қатаюдың кішіреюінің және сұйық пленканың түйіршік шекараларына біріккен әсер етуінен туындайды, бұл қосылыстың механикалық қасиеттері мен шаршау мерзімін айтарлықтай төмендетеді.
1. Қалыптасу механизмі
Қатаю жарықшақтарының негізгі механизмі қатаюдың соңындағы түйіршік шекараларындағы қалдық сұйықтық қабықшасында жатыр. Қатаю процесінде балқытылған бассейн үш аймаққа бөлінеді: бос сұйықтық аймағы, шектеулі сұйықтық аймағы және қатты аймақ, 1-суретте көрсетілгендей. Шектеулі сұйықтық аймағында сұйықтық ағыны бітеліп, қатаюдың кішіреюінен пайда болған кернеуді өтей алмайды, нәтижесінде түйіршік шекарасының бөлінуі пайда болады. Түйіршік шекарасы энергиясының (γgb) қатты-сұйықтық беткі энергиясына (γsl) қатынасы сұйық қабықшаның тұрақтылығын анықтайды: егер γgb < 2γsl болса, сұйық қабықша тұрақсыз болады және түйіршіктердің бірігуі жүреді; керісінше, сұйық қабықша тұрақты болады және жарықшақтардың пайда болуына бейім.
Сонымен қатар, қатаю жарықшақтарының пайда болуы материалдардың металлургиялық қасиеттерімен де байланысты. Әртүрлі материалдардың қатаю температура диапазоны, қатаюдың кішірею жылдамдығы және қорытпа элементтерінің таралуы сияқты әртүрлі қатаю сипаттамалары бар. Бұл сипаттамалар жарықшақтардың сезімталдығына әсер етеді. Мысалы, балқу температурасы төмен эвтектикалық фазалардың көп мөлшерін қамтитын материалдарда қатаю жарықшақтарының сезімталдығы жоғарырақ, себебі бұл эвтектикалық фазалар қатаю кезінде үздіксіз сұйық қабықшалар түзуге бейім, осылайша жарықшақтардың пайда болуын күшейтеді.
кезінделазерлік дәнекерлеу процесі, лазерлік қуат, дәнекерлеу жылдамдығы және нүкте өлшемі сияқты дәнекерлеу параметрлері де қатаю жарықшақтарының пайда болуына әсер етеді. Бұл параметрлер дәнекерлеу процесі кезінде жылу кірісі мен температура градиентіне әсер етеді, осылайша қатаю құрылымы мен түйіршік морфологиясын өзгертеді. Мысалы, лазерлік қуаттың жоғарылауы және дәнекерлеу жылдамдығының төмендеуі жылу кірісінің жоғарылауына және салқындату жылдамдығының төмендеуіне әкеледі, бұл бағаналы кристалдардың өсуіне ықпал етеді және жарықшақ сезімталдығын арттырады. Керісінше, лазерлік қуаттың төмендеуі және дәнекерлеу жылдамдығының жоғарылауы жылу кірісінің төмендеуіне және салқындату жылдамдығының жоғарылауына әкеледі, бұл тең осьті кристалдардың пайда болуын жеңілдетеді және жарықшақ сезімталдығын төмендетеді.
2. Бас тарту шаралары
Қату жарықтарын тиімді түрде басу үшінлазерлік дәнекерлеуЗерттеушілер негізінен түйіршік құрылымын бақылауға, дәнекерлеу параметрлерін оңтайландыруға және материалдың қасиеттерін жақсартуға бағытталған әртүрлі стратегияларды ұсынды. Түйіршік құрылымын жетілдіру арқылы түйіршік шекараларының санын көбейтуге және кернеу концентрациясының концентрациясын азайтуға болады, осылайша жарықшақтардың пайда болуын азайтуға болады. Зерттеулер лазер сәулесінің тербеліс технологиясын қолдану арқылы бағаналы кристалдарды басқа материалдарды қоспай-ақ ұсақ тең осьті кристалдарға айналдыруға болатынын көрсетті. Лазер сәулесінің тербелісі лазер энергиясын шашыратып, балқытылған бассейнде турбуленттілік тудыруы мүмкін, осылайша бағаналы кристалдардың өсу бағытын бұзып, тең осьті кристалдардың пайда болуына ықпал етеді, 3-суретте көрсетілгендей. Сонымен қатар, лазер сәулесінің тербелісі балқытылған бассейннің енін арттырып, температура градиентін азайтып, балқытылған бассейннің қатаю уақытын ұзарта алады, бұл еріген заттардың диффузиясына және сұйық қабықшалардың толықтырылуына ықпал етеді, осылайша қатаю жарықшақтарының сезімталдығын айтарлықтай төмендетеді.
Әртүрлі бассейн пішіндеріндегі дән шекарасындағы сұйықтық қабықшаларының таралуы.
Балқытылған пулды пісірудің схемасы, а, ә) тербеліссіз, с, ә) бүйірлік тербеліс, е, е) бойлық тербеліс, g, ә) шеңбер бойымен тербеліс.
Сонымен қатарлазер сәулесіҚос лазерлік көздерді пайдалану тербеліс технологиясы да қатаю жарықшақтарын басудың тиімді әдістерінің бірі болып табылады. Қос лазерлік көздер термиялық циклді оңтайландыру арқылы бағаналы кристалдардан тең осьті кристалдарға айналуға қол жеткізе алады, осылайша түйіршік өлшемі мен деформация концентрациясын азайтады. Мысалы, негізгі жылу көзі ретінде CO₂ лазерін және қосалқы жылу көзі ретінде Nd:YAG импульсті лазерін пайдаланған кезде, дәнекерлеу кезінде оңтайландырылған жылу циклін қалыптастыруға болады, бұл тең осьті кристалдардың пайда болуына ықпал етеді және қатаю жарықшақтарының сезімталдығын төмендетеді, бұл 4-суретте көрсетілгендей.
Дәнекерлеу параметрлерін оңтайландыру қатаю жарықшақтарын басудың маңызды құралы болып табылады. Лазер қуаты, дәнекерлеу жылдамдығы және нүкте өлшемі сияқты параметрлерді реттеу арқылы дәнекерлеу процесі кезіндегі жылу кірісі мен температура градиентін басқаруға болады, осылайша қатаю құрылымы мен түйіршік морфологиясына әсер етеді. Зерттеулер алдын ала қыздыру өңдеуі салқындату жылдамдығын төмендетуі, тең осьті кристалдардың пайда болуына ықпал етуі және осылайша қатаю жарықшақтарының сезімталдығын төмендетуі мүмкін екенін көрсетті, бұл 5-суретте көрсетілген. Сонымен қатар, импульсті лазерлік дәнекерлеуді қолдану және дәнекерлеу жылдамдығын арттыру сияқты әдістер жылу кірісі мен салқындату жылдамдығын өзгерту арқылы бағаналы кристалдардан тең осьті кристалдарға айналуға қол жеткізе алады, осылайша жарықшақтардың сезімталдығын төмендетеді.
5-сурет. а) Қыздырылмаған, ә) 300°C алдын ала қыздырылған тең осьті түйіршіктер.
Әртүрлі материалдарды лазермен дәнекерлеу кезінде, материалдар арасындағы физикалық және химиялық қасиеттердің айтарлықтай айырмашылықтарына байланысты, сынғыш металларалық қосылыстардың пайда болуына бейім, бұл қатаю жарықтарының негізгі себептерінің бірі болып табылады. Сондықтан, металларалық қосылыстардың пайда болуын немесе мөлшерін азайту үшін лазер параметрлері мен параметрлерін реттеу де қатаю жарықтарын басудың маңызды стратегиясы болып табылады. Мысалы, мыс-алюминий әртүрлі материалдарды лазермен дәнекерлеу кезінде лазер сәулесінің ығысуын және дәнекерлеу жылдамдығын басқару арқылы балқытылған бассейндегі мыс пен алюминийдің араластыру қатынасын азайтуға болады, осылайша сынғыш металларалық қосылыстардың пайда болуын азайтып, жарықтардың сезімталдығын төмендетеді. Сонымен қатар, толтырғыш материалдарды пайдалану дәнекерленген қосылыстың өнімділігін жақсартып, жарықтардың пайда болуын азайта алады. Толтырғыш материалдар дәнекерленген қосылыстың құрамы мен микроқұрылымын өзгерту және дәнекерленген қосылыстың беріктігін арттыру арқылы металларалық қосылыстардың пайда болуын азайта алады.
Қатаю жарықшақтары лазерлік дәнекерлеу процестеріндегі кең таралған ақаулардың бірі болып табылады. Олардың пайда болу механизмі күрделі және жылу, механика және металлургия сияқты көптеген факторлардың өзара әрекеттесуін қамтиды. Қатаю жарықшақтарының пайда болу механизмін терең зерттеу арқылы жарықшақтарды басу үшін теориялық негіз жасауға болады. Соңғы жылдары зерттеушілер негізінен түйіршік құрылымын бақылауға, дәнекерлеу параметрлерін оңтайландыруға және материалдың қасиеттерін жақсартуға бағытталған қатаю жарықшақтарын басу үшін әртүрлі стратегияларды ұсынды. Тәжірибе бұл стратегиялар қатаю жарықшақтарының сезімталдығын белгілі бір дәрежеде тиімді түрде төмендетіп, лазерлік дәнекерлеудің сапасы мен сенімділігін арттыра алатынын дәлелдеді. Дегенмен, лазерлік дәнекерлеу процесінің күрделілігі мен әртүрлілігіне байланысты қазіргі зерттеулерде әлі де кейбір кемшіліктер бар. Мысалы, әртүрлі материалдар мен дәнекерлеу жағдайларындағы қатаю жарықшақтарының тежелу механизмдері үшін әлі де тереңірек зерттеулер қажет.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 20 наурыз
