فرآيندهاي پوشش دهي ليزري

در اين بخش مي‌توانيد در مورد متالورژي به بحث بپردازيد

مدیران انجمن: oweiys, شوراي نظارت

ارسال پست
Moderator
Moderator
نمایه کاربر
پست: 1639
تاریخ عضویت: چهار شنبه 8 مهر 1388, 11:15 pm
سپاس‌های ارسالی: 14709 بار
سپاس‌های دریافتی: 14970 بار

فرآيندهاي پوشش دهي ليزري

پست توسط oweiys » دو شنبه 24 مهر 1391, 12:31 pm

 بسم الله الرحمن الرحيم
 


فرآيند پوشش دهي با ليزر

عمليات پوشش دهي با ليزر روشي جديد در عرصه پوشش دهي سطوح است. با رشد سريع فنآوريهاي مختلف در صنعت كه موجب كاهش هزينه در فرآيندهاي توليدي شده، استفاده از ليزر اهميت زيادي در صنايع مختلف به دست آورده است. در بين كاربردهاي تكنولوژي ليزر، پوشش دهي ليزري توجه زيادي در سالهاي اخير به سبب پتانسيل متنوع آن به خود اختصاص داده است كه از آن جمله مي توان به موارد زير اشاره نمود:

1- پوششهاي فلزي، سراميكي و كامپوزيتي
2- تعمير قطعات گران قيمت كه به پوشش آنها آسيب رسيده است
3- نمونه سازي سريع
4- توليد در حجم كم

پوشش دهي ليزري يك تكنولوژي بيمن رشته اي مي باشد كه از تكنولوژي ليزر، طراحي و توليد به كمك رايانه (CAM/CAD) ربات، حسگرها، كنترل و متالورژي پودر بهره گيري مي كند. اين فرآيند مي تواند بر روي قطعات نو يا فرسوده پياده شود و اغلب براي ترميم قطعات معيوب و فرسوده، سختي سازي سطح مواد حساس به سايش و يا حساس به خوردگي، اكسيداسيون و يا تركيبي از اينها استغاده مي گردد؛ ضمن ايمكه امكان پوشش دهي با ليزر اتوماتيك نيز وجود دارد.

گستره وسيعي از مواد را مي توان به وسيله پوشش دهي ليزري با پوشش پودر روي فلز پايه لايه نشاند و لايه اي با ضخامت 0/05 ميليمتر و عرض هايي به باريكي 0.4 ميليمتر ايجاد نمود و همچنين قابليت ايجاد چندين لايه رسوب هم وجود دارد.

پوشش دهي ليزري از منبع حرارتي ليزر براي نشاندن لايه اي نازك بر روي فلز پايه بهره مي گيرد. حرارت ورودي بسيار پايين كه در اين روش منتقل مي شود باعث اختلاط بسيار پايين رسوب با زيرلايه مي شود. همچنين منجر به ناحيه متاثر از حرارت بسيار باريك به همراه اعوجاج و پيچيدگي حداقل مي شود.


انواع روشهاي انتقال مواد در فرآيند پوشش دهي عبارتند از:

1- روش استفاده از خمير . عمليات پوشش دهي در اين روش با استفاده از خميري كه از جنس پوشش مورد نظر ساخته شده است انجام مي شود. مراحل كار بدين قرار است كه ابتدا بايد فلز پايه (محل مدنظر جهت انجام عمليات پوشش ذهي) را از خمير پوشاند و سپس باريكه ليزر به آن تابيده شود.
2- روش استفاده از پودر و گاز بي اثر . عمليات پوشش دهي در اين روش با استفاده از پودر و گاز بي اثر كه معمولاً گاز آرگون مي بشاد انجام مي شود. مراحل كار بدين صورت است كه ابتدا بايد فلز پايه (محل مد نظر جهت انجام عمليات پوشش دهي) را از پودر و گاز بي اثر به طور همزمان پوشاند و سپس باريكه ليزر روي آن تابيده شود.
3 - روش استفاده از سيم. عمليات پوشش دهي در اين روش با استفاده از سيم كه از جنس پوشش مورد نظر است ، انجام مي شود. مراحل كار بدين صورت است كه ابتدا بايد سيم روي فلز پايه (محل مد نظر جهت انجام عمليات پوشش دهي) قرار داده شود و سپس باريكه ليزر بدان تابيده شود. در اين روشها پاشش پودر و گاز بي اثر از موثرترين روشها مي باشد.
در بين تمامي اين روشها؛ مزاياي استفاده از ليزر بدين شرح هستند: تابش ليزر بسيار تميز بوده و هيچگونه ماده ناخالصي به محل مورد نظر وارد نمي شود. معمولاً مي توان شرايط خاص را براي فرآيندهاي خاصي تعريف و فرآهم نمود.
عمليات سطحي فلزات با ليزرهاي توان بالا براي بهبود خواص مكانيكي، سطحي و شيميايي سطوح مناسب است. به خاطر دانسيته انرژي موضعي ليزر، عمليات مي تواند به صورت خيلي موضعي بر روي قطعه انجام شود، بدون اينكه خواص كل قطعه را خيلي تحت تاثر قرار دهد. به دليل سيستمي بودن ليزر كنترل، كنترل باريكه آن نسبتاً آسان است.
در ليزر امكان كنترل باريكه به وسيله رايانه فرآهم شده است و بنابراين عمليات سطحي مي تواند بسيار دقيق و در حد ميكرون بر روي قطعات پيچيده اجرا شود.
اصول كار اين فرآيند غير تماسي است و به همين دليل كمترين صدمه مكانيكي به قطعه كار وارد مي شود. همچنين باريكه ليز به آساني بر روي نقاط غير قابل دسترسي با ابزار معمولي متمركز مي شود. مناطق خاصي از قطعات حساس و گران قيمت، با اين روش قابل پوشش دهي هستند. به كمك اين تكنيك مي توان لايه هايي ايجاد نمود كه تركيب شيميايي آنها از ابتدا به انتهاي لايه متغير است. علاوه بر اينكه بايد در نظر داشت، عيب اصلي اين فرآيند اين است كه تحت عمليات قرار دادن ناحيه وسيعي از نمونه در يك زمان خاص به دليل محدود بودن اندازه باركه ليزر مقدور نيست كه البته اين عيب در قياس با مزاياي فرآوان آن قابل اغماض مي باشد.


 [لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
پوشش دهي ليزري (LASER CLADDING)  

پوشش دهي مواد دما بالا با ليزر

تا كنون گستره ي وسيعي از مواد از روش پوشش دهي ليزري مورد مطالعه قرار گرفته است و مي توان گفت امكان و سهولت پوشش دهي ليزري در موادي مانند فلزات، سراميكها، تركيبات بين فلزي و غيره وجود دارد. آلياژهاي پايه Ti ، AL ؛ Co ، Ni و Cu و همچنين گستره وسيعي از فولادها مانند فولادهاي ابزار و فولادهاي زنگ نزن به وسيله ليزر بر روي مواد مختلف پوشش دهي شده اند. با يان وجود در حدود چندين سال اخير ، مواد دماي بالا و كاپوزيتها در اين زمينه مورد توجه خاصي را به خود جلب كرده اند.
در 20 سال گذشته توجه خاصي به پوشش دهي ليزري آلياهاي پايه دما بالاي Ni ، Fe و Co معطوف بوده است. اين آلياژها گران قمت هستند و با روشهاي معمول توليد آنها مشكل مي باشد، اما خواص ممتازي دارند. در اكثر موارد اين آلياژها بر روي فولادهاي ارزان قيمت، كم كربن و يا كم آلياژ پوشش دهي شده است. عناصر اصلي پوشش آْلياژي در اكثر آلياژهاي مورد نظر Cr Co ،Ni و Fe به همراه مقادير كمي از w و Mo مي باشد و همچنين C كه كاربيدهاي فلزي با اجزاي تشكيل دهنده مي باشد. به طور كلي اين آلياژها قابليت پوشش دهي خوبي با فلز پايه فولاد كم كربن نشان مي دهد.
از آنجايي كه يكي از كاربردهاي اوليه پوشش دهي ليزي ايجاد پوشش هاي مقاوم به سايش مي باشد، تلاشهاي تحقيقاتي زيادي صرف پوشش دهي كامپوزيتهاي فلز/ سراميك شده است. توليد كامپوزيتهاي فلز/سراميك به وسيله روشهاي معمولي مانند متالورژي پودر و ريخته گري(مخصوصاً در مواردي كه مقدار سراميك آن زياد باشد) مشكل است. كامپوزيتها انعطاف پديري و چقرمگي كمي دارند و براي ساخت به صورت حجمي نامناسب مي باشند. با اين حال به دليل وجود ذرات سراميكي، سختي و مقاومت به سايش ممتازي دارند و در كاربردهاي پوشش دهي ليزري مورد استفاده قرار مي گيرند.




انواع روشهاي پوشش دهي با ليزر

فرآيند پوشش دهي با ليزر به 3 روش مختلف تقسيم مي شود. 1- پوشش دهي 2- آلياژسازي
3 - پراكنده سختي
پوشش دهي
نوعي عمليات پوشش دادن سطح است كه در آن پوشش از نظر تركيب شيميايي با زمينه متفاوت است. از طريق پوشش دهي به كمك ليزر، پوشش بر روي طح ايجاد مي شود. ابتدا بايد ماده پوشش به سكس از روشهاي معرفي شده روي سطح قرار گيرد، سپس باريكه ليزر لايه نازكي از سطح مقطع را به همراه ماده پوشش، ذوب مي كند. بعد از انجماد، مخلوط كوچك فلز پايه و ماده پوشش، اتصال بين زمينه و پوشش را فرآهم مي كند.
آلياژسازي
آلياژسازي نوعي عمليات پوشش دهي است كه در آن پوشش يا آلياژ را تشكيل مي دهند. از طريق آلياژسازي ليزري، ليزر سطح را به طور موضعي ذوب مي كند، در حاليكه ماده دوم به حوضچه مذاب اضافه مي شود. بعد از انجماد سريع، سطح رويي قطعه كار تركيب شيميايي متفاوتي خواهد داشت و در نتيجه خواص متفاوتي را ارائه مي كند. اين فرآيندها در ميزان امتزاج متفاوت هستند. امتزاج در فرآيند پوشش دهي كوچك است و درفرآيندهاي آلياژسازي و پراكندگي سختي 100% است. در آلياژسازي امكان تشكيل فازهاي بين فلزي مقاوم به سايش با انتخاب پودر مناسب و با استفاده از زمينه منطبق بر شرايط قابل دستيابي است. در اين روش، ذرات سراميكي بوسيله واكنشهاي درجابين اجزا پودر در حوضچه مذاب تشكيل مي شوند. در بعضي موارد ذرات سراميكي به حوضچه مذاب افزوده مي شوند و جزيي يا به طور كامل حل مي شوند و دوباره حين انجماد رسوب مي كنند. به عنوان مثال براي افزودن پودرها مي توان به iS ، Mo و C و براي تشكيل پودر در حوضچه مذاب MOSi2 و CiS، افزودن آلياژ پايه نيكل و Zr براي تشكيل Zrc، افزودن آلياژ پايه نيكل، گرافيت و Ti براي تشكيل TiC مي باشد. مزيت اين روش تشكيل ذرات سراميكي ريز با اتصال مناسب با زمينه مي باشد. افزايش سختي قابل توجهي با ساخت درجا ذرات سراميكي به دست مي آيد. اين روش جديد پوشش دهي ليزري پتانسيل زيادي براي ايجاد مواد جديد از خود نشان داده است.


پراكنده سختي
پراكنده سختي نوعي عمليات پوشش دهي است كه در آن ذرات سخت يك كامپوزيت را با زمينه تشكيل مي دهند. فرآيند پوشش دهي پوشش هاي سراميكي مشكل به نظر مي آيد زيرا تركهايي در لايه نشانده شده ايجاد مي شود و همچنين چسندگي ضعيفي به زمينه فلزي دارد. استفاده از كامپوزيتهايي كه از فاز تقويت كننده سراميكي غني هستند، مي تواند راه حلي مناسب براي ايجاد پوشش هاي شبيه سراميكي باشند. براي ايجاد پوششهاي كامپوزيتي در روش اول، ذرات سراميك با ذرات پودر مخلوط مي شوند و به حوضچه مذاب به وسيله پاشش پودر افزوده مي شوند. در فرآيند پراكنده سختي، ذرات فاز جامد به حوضچه مذاب زمينه تزريق مي شوند، با اين تفاوت كه در اينجا ذرات فاز دوم ذوب نمي شوند. سيستم هاي تزريق SiC به زمينه Al ، تزريق B4C به فولاد، تزريق TiC و WC به تيتانيوم انجام مي شوند.

فرآيند LMI
از جمله تكنيك هاي فرآيند پراكنده سختي مي توان به روش تزريق به مذاب (LMI) اشاره كرد. در اين فرآيند، ليزري با توان بالا به طور موضعي سطح نمونه (فلز پايه) را ذوب كرده و به طور همزمان يك پودر (كه مي تواند سراميكي هم باشد) به داخل حوضچه مذاب تزريق مي شود. به خاطر واكنش محدود با باريكه ليزر، ذرات تزريق شده همچنان در حالت جامد باقي خواهند ماند ( و يا حتي با ايجاد يك لايه مذاب سطحي) با حركت باريكه ليزر و جريان پودر نسبت به قطعه، ذرات پس از انجماد سريع حوضچه مذاب، حبس خواهند شد. به اين طريق مسيري ايجاد خواهد شد كه لايه سطحي نمونه بوسيله ذرات تقويت شده است. اين روش فرآيند مناسبي براي ايجاد يك لايه نازك كامپوزيت زمينه فلزي در سطح قطعه به منظور بهبود خواص سطح از قبيل مقاومت به سايش، سختي و خوردگي است. روشهاي رايج براي ايجاد كامپوزيتهاي زمينه فلزي ريخته گري و متالورژي پودر است. هرچند كه اين روش ها براي توليد قطعات كامپوزيت مناسب است، ولي LMI روشي با پتانسيل بالا براي ارتقاء يك ماده زمينه به يك ماده كامپوزيتي در لايه سطح است.


موارد كاربرد پوشش دهي به كمك ليزر
انتخاب بهترين روش پوشش دهي به پارامترهاي زيادي مانند اندازه، متالورژي فلز پايه ، انطباق ماده پوشش با تكنييم مورد نظر، چسبندگي مورد نياز ، موجو بودن و هزينه تجهيزات بستگي دارد. پوششهايي با خواص ممتاز سايشي، خوردگي و سختي، ايجاد پوششهاي كامپوزيتي مخصوصاً پوششهاي كامپوزيتي باذرات نانو، پوششهاي لايه اي، پوششهاي عايق حرارتي، پوششهاي با تفاوت متالورژيكي زياد با فلز پايه مانند سراميك بر روي فلز ، پوششهاي فلزي مقاوم به دماي بالا و سايش و غيره به اين روش ممكن است. علاوه بر اين پوشش دهي ليزري كاربردهاي پوشش دهي ديگري در قطعات صنعتي براي ايجاد سطوحي كه مقاوم به سايش مي باشد، چسبنده و رفتگي، خوردگي و اكسيداسيون باشند، مورد استفاده قرار مي گرد. بيشترين بازار پوشش هاي فلزي بوسيله پوشش دهي توربين گازي هواپيماها مي باشد.


نويسنده مجيد سبزعليان؛ ليزر و كاربردهاي آن در فرآيند پوشش دهي؛ پوششهاس سطحي؛ شماره.31؛ 1389؛ صفحه 19-16
تصوير از raymax.com.au
__________________________________

السلام عليك يا علي ابن موسي الرضا المرتضي (ع)

ارسال پست

بازگشت به “متالورژي”