レーザー技術は長い間、溶接、切断、マーキングに広く使用されていることで知られてきましたが、レーザー洗浄が徐々に普及してきて、レーザー表面処理の概念がますます定着したのはここ 2 年間のことです。注目を集め、人々の心に現れました。 非接触方式のレーザー加工、高い柔軟性、高速性、ノイズなし、基板へのダメージのない熱影響部の小ささ、消耗品なし、環境に優しい低炭素。
レーザー表面処理実際には、レーザー洗浄に加えて、レーザー研磨、レーザー被覆、レーザー焼入れなど、非常に多くのアプリケーション カテゴリがあります。 これらの方法は、材料表面の特定の物理化学的性質を変化させるために使用されます。たとえば、表面を疎水機能に加工したり、レーザーパルスを照射して直径約 10 ミクロン、深さわずか数ミクロンの小さな凹みを生成したりします。 、粗さを大きくする、表面の密着性を高めるなどの方法として。
に加えてレーザークリーニング, 以下のようなレーザー表面処理をご存知ですか？
レーザー焼入れ
レーザー焼き入れは、高応力の複雑な部品を加工するためのソリューションの 1 つであり、カムシャフトや曲げ工具などの摩耗の激しい部品の応力を高め、寿命を長くすることができます。
これは、炭素を含むワークピースの表皮を溶融温度よりわずかに低い温度 (900 - 1400 度、照射された電力の 40 パーセントが吸収される) に加熱することによって機能し、金属格子内の炭素原子が再配置されます (オーステナイト化）、その後、レーザー ビームが送りの方向に表面を着実に加熱し、レーザー ビームが移動するにつれてレーザー ビームの周囲の材料が急速に冷えるため、金属格子が元の形状に戻れなくなり、その結果、これにより、マルテンサイトが生成され、硬度が大幅に増加します。
レーザー硬化によって達成される炭素鋼の外層の硬化深さは、通常 0.1-1.5mm ですが、材料によっては 2.5mm 以上になる場合もあります。 従来の硬化方法と比較した利点は次のとおりです。
1. 対象となる入熱が局所領域に限定されるため、加工中の部品の反りはほとんど発生しません。 やり直しコストが削減されるか、まったくなくなる場合もあります。
2. 複雑な形状や精密部品でも硬化できるため、従来の硬化方法では硬化できなかった局所的に制限された機能面の精密な硬化が可能になります。
歪みなし。 従来の焼入れプロセスでは、より高いエネルギー入力と焼入れにより歪みが生じますが、レーザー焼入れでは、レーザー技術と温度制御により入熱を正確に制御できます。 コンポーネントは事実上元の状態のままです。
コンポーネントの硬度形状は、「その場で」素早く変更できます。 これは、光学系やシステム全体を変換する必要がないことを意味します。
L毛深い
レーザーグロス加工は、金属材料の表面改質のためのプロセスツールの 1 つです。 構造化プロセスでは、技術的特性を意図的に変更し、新しい機能を開発するために、レーザーは層または基板に規則的に配置された形状を作成します。 このプロセスでは一般に、レーザー放射 (通常はレーザー光の短パルス) を使用して、再現可能な方法で表面上に規則的に配置された形状を生成します。 レーザービームは制御された方法で材料を溶解し、適切なプロセス管理によって所定の構造に固化されます。
たとえば、疎水性の表面構造により、水が表面から流れ出すことができます。 超短パルスレーザーを使用して表面にサブミクロンの構造を作成すると、この特性が実現され、作成される構造はレーザーパラメーターを変更することで正確に制御できます。 逆の効果、たとえば親水性表面も実現できます。
自動車パネルの塗装では、塗料の密着性を高めるために薄板の表面に「マイクロピット」を均一に分布させる必要があり、毎秒数千回から数万回のパルスレーザー光をロール表面に集光して入射させます。ロール上で、ロール表面の集束点で小さな可溶性プールを形成し、同時に微小可溶性プールの側面で吹き込み、特定の要件に応じた溶融材料の可溶性プールができるだけ多くなるようにします。プールまで積み上げ可能！ 円弧状のタブの形成端、これらの小さなタブとマイクロピットは、材料表面の粗さを向上させて塗料の密着性を高めるだけでなく、材料の表面硬度を向上させて耐用年数を延長します。
一部の金属材料の摩擦特性や電気伝導率、熱伝導率など、特定の特性はレーザー構造化によって生成されます。 さらに、レーザー構造化により、ワークピースの接合強度と耐用年数が向上します。
従来の方法と比較して、表面のレーザー構造化はより環境に優しく、追加の研磨剤や化学薬品を必要としません。 再現可能で正確なレーザーにより、ミクロン単位で正確で複製が非常に簡単な制御された構造が可能になります。 メンテナンスの手間がかからず、レーザーは非接触であるため、摩耗が早い機械ツールと比較して完全に摩耗しません。 また、後処理の必要がなく、レーザー加工された部品には溶融物やその他の機械加工の残留物が残りません。
レーザーダズル表面仕上げ
レーザー焼き戻しは、レーザーカラーマーキングとも呼ばれるレーザー眩しい表面処理に一般的に使用されます。 このプロセスの原理は、適切なプロセスパラメータで材料をレーザー加熱し、その融点よりわずかに低い温度まで金属を局所的に加熱することで、この時点でゲートの構造が変化します。 ワークピースの表面に酸化物層が形成され、この膜の層は光照射により入射光の干渉により、この時点でさまざまな焼き戻し色が生成され、この層の表面にはカラフルなマーキング層が形成され、見る角度を変えることなく、マーキングパターンが多彩な色から変化します。
これらの色は、約 100 ℃までの温度で安定しています。 200度。 温度が高くなると、ゲートは元の状態に戻り、マーキングが消えます。 表面品質はそのまま維持されます。 偽造防止アプリケーションでは、高度なセキュリティとトレーサビリティが実現されます。 近年医療技術の分野で定着しつつある超短パルスレーザーによる新しい黒色マーキングに加え、製品マーキングにも最適で、UDI指令に基づく独自のトレーサビリティーにも最適です。
レーザー溶融
これは、金属および金属とセラミックのハイブリッド材料に適した積層造形プロセスです。 これにより、3D ジオメトリを作成または変更できます。 この製造方法を使用すると、レーザーを使用して修理やコーティングを行うこともできます。 したがって、航空宇宙分野では、タービンブレードの修理に積層造形が使用されています。
工具や金型の製造において、ひび割れや磨耗したエッジや成形された機能面を修復したり、局所的に保護したりすることもできます。 摩耗や腐食を防ぐために、ベアリングの位置、ローラー、または油圧コンポーネントはエネルギー技術または石油化学でコーティングされています。 積層造形は自動車製造にも使用されます。 ここで多数のコンポーネントが変更されます。
従来のレーザー金属クラッディングでは、レーザービームが最初にワークピースを局所的に加熱し、次に溶融池を形成します。 次に、微細な金属粉末がレーザー加工ヘッドのノズルから溶融池に直接噴射されます。 高速レーザー金属溶解中、粉末粒子はすでに基板表面より上のほぼ溶解温度まで加熱されています。 その結果、粉末粒子を溶解するのに必要な時間が短縮されます。
効果: プロセス速度が大幅に向上します。 高速レーザー金属溶解では、熱影響が小さいため、アルミニウム合金や鋳鉄合金など、熱に非常に敏感な材料のコーティングも可能です。 HS-LMD プロセスを使用すると、回転対称面で最大 1500 cm2/分の高い表面速度を達成でき、同時に最大で毎分数百メートルの送り速度を実現できます。
高価な部品や金型は、レーザーパウダーレーザー金属クラッディングによって迅速かつ簡単に修理できます。 大小を問わず、損傷はすぐにほぼ跡形もなく修復できます。 デザイン変更も可能です。 これにより、時間、エネルギー、材料が節約されます。 特にニッケルやチタンなどの高価な金属の場合、非常に価値があります。 代表的な用途例としては、タービンブレード、各種ピストン、バルブ、シャフト、金型などです。
レーザー熱処理
数千個の小型レーザー (VCSEL) が単一のチップに搭載されています。 各エミッターにはそのようなチップが 56 個装備されており、モジュールは複数のエミッターで構成されています。 長方形の放射領域には数百万のマイクロレーザーを含めることができ、数キロワットの赤外線レーザー出力を出力できます。
VCSEL は、大きな指向性の長方形のビーム断面により、放射強度 100 W/cm2 の近赤外線ビームを生成します。 原則として、この技術は、非常に正確な表面および温度制御を必要とするすべての工業プロセスに適しています。
レーザー熱処理モジュールは、精度と柔軟性が要求される大面積加熱用途に特に適しています。 従来の加熱方法と比較して、この新しい加熱プロセスは、より高い柔軟性、精度、コスト削減を実現します。
この技術を使用すると、袋に入ったセルを密封してホイルにしわが寄るのを防ぎ、セルの寿命を延ばすことができます。 また、細胞フォイルの乾燥、ソーラーパネルの光含浸、スチールやシリコンウェーハなどの特定の材料の加熱領域の精密な処理などの用途にも使用できます。
レーザー研磨
の仕組みレーザー研磨技術表面の再溶融とレーザーで再溶融した層の再凝固に依存する、表面狭い溶融と表面超溶融です。 金属表面に十分に高いエネルギーのレーザーが照射されると、表面はある程度の再溶融と再分布を起こし、固化する前の表面引張応力と重力によって滑らかな表面が得られます。
溶融層の全体の厚さは谷から頂点までの高さよりも薄いため、溶融金属全体が近くの谷を埋めることができます。この充填の原動力は毛細管効果ですが、溶融層が厚いと液体金属の溶融が誘導されます。溶融プールの中心から外側に向かって流れ、再分配の原動力は熱毛細管効果またはマルコーニ効果です。
軽量かつ大型の望遠鏡用光学部品（特に大型で複雑な形状のミラー）の素材である炭化珪素セラミックスなどの応用例。高硬度の複合相材料の代表格であるRB-SiCは、加工が困難で非効率な材料です。表面を精密に研磨する技術。 Si粉末をプリコートしたRB-SiCの表面をフェムト秒レーザーで改質することで、わずか4.5時間の研磨で表面粗さSq 4.45nmの光学面が得られ、従来に比べて研磨効率が3倍以上向上しました。直接研削と研磨。 レーザー研磨は、金型、カム、タービンブレードの研磨にも広く使用されています。
レーザーブラスト
レーザーブラストとしても知られるレーザーインパクトピーニングは、金属部品の表面、内部の表面金属（または吸収層）に高エネルギー密度、高焦点の短パルスレーザー（λ= 1053nm）を照射するものです。プラズマ爆発の瞬間的な形成における高出力密度のレーザーの役割、転写内部の金属部品の境界層の拘束における衝撃波の爆発により、粒子の表層が表面に圧縮塑性変形を引き起こすより厚い範囲の部品の層。残留圧縮応力、結晶粒微細化、その他の表面強化効果が得られます。 従来の機械式ショットブラストと比較して、次の利点があります。
1. 強い指向性: レーザーは、高いエネルギー変換効率で制御された角度で金属表面に作用しますが、機械的な発射体の衝突角度はランダムです。
2. 大力：最大数GPaの瞬間圧力によって発生するレーザーブラストプラズマバースト。 パワー密度：レーザー衝撃のピークパワー密度は数十GW/cm2に達します。
良好な表面完全性: 表面へのレーザー衝撃によるスパッタリング効果はほとんどなく、機械的なショットピーニング後は表面形態が損傷して応力集中が生じます。
最大圧縮応力値後のレーザー衝撃が改善され、表面残留圧縮応力が約40パーセントから50パーセント増加し、ワークピースの疲労寿命、高温および曲げ成形に対する耐性、およびその他の関連する数値指標が大幅に向上しました。 。 現在では航空機の表面処理や航空エンジンの表面処理などの分野で応用されています。
