O tratamento de superfície a laser é o uso de feixe de laser de alta densidade de potência para aquecer a superfície do material sem contato. A tecnologia de modificação de superfície é realizada pelo resfriamento por condução da própria superfície do material. É de grande benefício na melhoria das propriedades mecânicas e físicas da superfície do material, bem como na melhoria da resistência ao desgaste, à corrosão e à fadiga das peças. Nos últimos anos, tecnologias de tratamento de superfície a laser, como limpeza a laser, têmpera a laser, liga a laser, reforço de choque a laser, recozimento a laser, bem como revestimento a laser, impressão 3D a laser, revestimento a laser e outras tecnologias de fabricação aditiva a laser deram início a amplas perspectivas de aplicação .
1. limpeza a laser
Limpeza a laseré uma nova tecnologia de limpeza de superfície em rápido desenvolvimento, que usa um feixe de laser pulsado de alta energia para irradiar a superfície da peça de trabalho, de modo que a superfície da sujeira, partículas ou revestimento evapore instantaneamente ou decapagem por expansão, de modo a obter um processo limpo. A limpeza a laser é dividida principalmente em remoção de ferrugem, remoção de óleo, remoção de tinta, revestimento e outros processos; Usado principalmente na limpeza de metais, limpeza de relíquias culturais, limpeza de edifícios e assim por diante. Com base em suas funções abrangentes, processamento preciso e flexível, alta eficiência e economia de energia, proteção ambiental verde, nenhum dano ao substrato, inteligência, boa qualidade de limpeza, segurança, ampla gama de aplicações e outras características e vantagens, é cada vez mais popular em vários campos industriais.
Em comparação com os métodos de limpeza tradicionais, como limpeza por fricção mecânica, limpeza por corrosão química, limpeza de forte impacto líquido sólido, limpeza ultrassônica de alta frequência, a limpeza a laser tem vantagens óbvias.
2. Extinção a laser
Extinção a laserusa o laser de alta energia como fonte de calor para tornar a superfície do metal quente e fria rapidamente, completar instantaneamente o processo de têmpera, obter alta dureza, estrutura martensítica ultrafina, melhorar a dureza e resistência ao desgaste da superfície do metal e formar compressão estresse na superfície para melhorar a resistência à fadiga. As principais vantagens deste processo incluem pequena zona afetada pelo calor, pequena deformação, alto grau de automação, boa flexibilidade de têmpera seletiva, alta dureza de grãos refinados e proteção ambiental inteligente. Por exemplo, o ponto do laser pode ser ajustado para extinguir a posição de qualquer largura; Em segundo lugar, a cabeça do laser está ligada a um robô multieixo para extinguir a área designada de peças complexas. Por exemplo, a têmpera a laser é extremamente quente e fria, e a tensão e a deformação da têmpera são pequenas. A deformação da peça antes e depois da têmpera a laser pode ser quase ignorada, por isso é particularmente adequada para o tratamento superficial de peças que requerem alta precisão.
Atualmente, o endurecimento a laser tem sido aplicado com sucesso ao reforço superficial de peças de desgaste na indústria automotiva, indústria de moldes, ferramentas de hardware e indústria de máquinas, especialmente para melhorar a vida útil da engrenagem, superfície do eixo, trilho-guia, mandíbulas, moldes e outras peças de desgaste, e o efeito é notável. Os recursos de extinção a laser são os seguintes:
1) A têmpera a laser tem aquecimento rápido, resfriamento automático e não requer isolamento do forno e têmpera com líquido refrigerante. É um processo de tratamento térmico de proteção ambiental verde e livre de poluição, que pode ser fácil de implementar têmpera uniforme de grandes superfícies de molde;
2) Como a velocidade de aquecimento do laser é rápida, a zona afetada pelo calor é pequena e a têmpera de aquecimento por varredura de superfície é uma têmpera de aquecimento local instantânea, de modo que a deformação do molde tratado é muito pequena;
3) Devido ao pequeno ângulo de divergência do feixe de laser, ele possui boa diretividade e pode realizar têmpera local precisa da superfície do molde através do sistema de guia de luz;
4) A profundidade da camada endurecida de têmpera da superfície do laser é geralmente 0,3 ~ 1,5 mm.
3. recozimento a laser
O recozimento a laser refere-se ao processo de tratamento térmico que utiliza um laser para aquecer a superfície de um material, expor o material a altas temperaturas por um longo período de tempo e, em seguida, resfriá-lo lentamente. O principal objetivo do processo é liberar tensões, aumentar a ductilidade e tenacidade do material e produzir microestrutura especial. Pode ajustar a estrutura da matriz, reduzir a dureza, refinar o grão e eliminar o estresse interno. Nos últimos anos, a tecnologia de recozimento a laser também se tornou um novo processo na indústria de processamento de semicondutores, o que pode melhorar significativamente a integração de circuitos integrados.
4. Fortalecimento de choque a laser
A tecnologia de fortalecimento de choque a laser é um tipo de alta tecnologia que utiliza ondas de choque de plasma geradas por um forte feixe de laser para melhorar a capacidade antifadiga, antidesgaste e anticorrosão dos materiais metálicos. Tem as vantagens de não ter zona afetada pelo calor, alta utilização de energia, alta taxa de deformação, forte controlabilidade e notável efeito de fortalecimento. Ao mesmo tempo, o fortalecimento por choque a laser tem características de tensão compressiva residual mais profunda, melhor microestrutura e integridade superficial, melhor estabilidade térmica e vida útil mais longa. Nos últimos anos, a tecnologia tem se desenvolvido rapidamente e é muito útil nas áreas aeroespacial e de defesa nacional. Além disso, o papel do uso do revestimento é principalmente proteger a peça de trabalho da queimadura do laser e aumentar a absorção da energia do laser, e os materiais de revestimento comumente usados são tinta preta e folha de alumínio.
Laser shot peening (LP), também conhecido como reforço de choque a laser (LSP), é um processo aplicado ao campo da engenharia de superfície, ou seja, o uso de feixes de laser pulsados de alta potência para criar tensão residual em um material para melhorar o resistência a danos da superfície do material (como resistência ao desgaste e resistência à fadiga) ou para melhorar a resistência da seção fina de um material para fortalecer a dureza superficial do material.
Ao contrário da maioria das aplicações de processamento de materiais, o LSP não utiliza a potência do laser para tratamento térmico para atingir os resultados desejados, mas em vez disso utiliza o impacto do feixe para usinagem. Feixe de laser de alta potência com superfície da peça alvo de impacto de pulso curto de alta potência.
O feixe de luz atinge a peça de metal, vaporizando instantaneamente a peça em uma fina camada de plasma e aplicando pressão de onda de choque à peça. Às vezes, uma fina camada de revestimento opaco é fixada na peça de trabalho para substituir a evaporação do metal. Para pressurizar, o plasma (geralmente água) é capturado usando outros materiais de revestimento transparentes ou camadas de interferência inercial.
O plasma produz um efeito de onda de choque, remodelando a microestrutura da superfície da peça no ponto de impacto, o que por sua vez cria uma reação em cadeia de expansão e compressão do metal. A tensão compressiva profunda gerada por esta reação pode prolongar a vida útil do componente.
5. liga a laser
A liga a laser é uma nova tecnologia de modificação de superfície, que pode preparar revestimento composto de cermet reforçado nanocristalino único amorfo na superfície de peças estruturais de acordo com as diferentes condições de serviço de materiais de aviação, usando feixe de laser de alta densidade de energia com alta taxa de aquecimento e condensação. Em comparação com a tecnologia de liga a laser, a tecnologia de revestimento a laser tem as características de menor taxa de diluição do substrato para a poça fundida, menor zona afetada pelo calor, menor deformação térmica da peça e menor taxa de refugo da peça após o tratamento de revestimento a laser. O revestimento a laser pode melhorar significativamente as propriedades da superfície dos materiais, pode ser reparado por materiais com falha de desgaste, com alta eficiência, velocidade rápida, proteção ambiental verde e sem poluição e bom desempenho da peça após o tratamento.
6. revestimento a laser
Revestimento a lasera tecnologia também é uma das novas tecnologias de modificação de superfície que representa a direção de desenvolvimento e o nível de engenharia de superfície. A tecnologia de revestimento a laser tornou-se um ponto quente no estudo da modificação superficial de ligas de titânio devido às suas vantagens de não poluição e ligação metalúrgica entre o revestimento e o substrato. O revestimento cerâmico de revestimento a laser ou o revestimento composto reforçado com partículas cerâmicas é uma forma eficaz de melhorar a resistência ao desgaste superficial das ligas de titânio. De acordo com as condições reais de trabalho, o sistema de material apropriado é selecionado e os melhores requisitos do processo podem ser alcançados pela tecnologia de revestimento a laser. A tecnologia de revestimento a laser pode reparar várias peças defeituosas, como pás de motores aeronáuticos.
A diferença entre a liga de superfície a laser e o revestimento de superfície a laser é que a camada de liga é formada pela mistura dos elementos de liga adicionados e da superfície do substrato no estado líquido. O revestimento da superfície do laser serve para derreter todo o pré-revestimento e derreter a superfície do substrato, de modo que a camada de revestimento e o material do substrato formem uma combinação metalúrgica e mantenham a composição da camada de revestimento basicamente inalterada. A tecnologia de liga a laser e revestimento a laser é usada principalmente para melhorar a resistência ao desgaste da superfície, a resistência à corrosão e a resistência ao grau das ligas de titânio.
Atualmente, a tecnologia de revestimento a laser tem sido amplamente utilizada no reparo e modificação de superfícies metálicas, mas embora o revestimento a laser tradicional tenha as vantagens e características de processamento flexível, reparo moldado, aditivo personalizado, etc., a eficiência de trabalho é baixa, e as necessidades de produção e processamento rápidas e em grande escala exigidas em alguns campos de produção não podem ser atendidas. A fim de atender à demanda de produção em alto volume e alta velocidade e melhorar a eficiência do revestimento, surgiu a tecnologia de revestimento a laser de alta velocidade.
7. gravação a laser
O processamento de gravação a laser é o uso da tecnologia de controle numérico como base, o feixe de laser de alta energia projetado na superfície do material, o uso do efeito térmico do laser, a superfície do material para produzir um padrão claro do processo de processamento a laser. A deformação física do material de processamento na fusão e gaseificação instantâneas sob a irradiação da gravação a laser pode fazer com que a gravação a laser atinja o propósito de processamento. A gravação a laser é o uso do laser para escrever palavras no objeto, esta tecnologia esculpiu a palavra sem marcas, a superfície do objeto é lisa e plana, a escrita não se desgasta. Suas características e vantagens incluem: segurança e confiabilidade; Precisa e fina, a precisão pode chegar a 0,02 mm; Economiza proteção ambiental, processando materiais salvos; Gravação em alta velocidade e alta velocidade de acordo com o padrão de saída; Baixo custo, não limitado pelo número de processamento.
8. Impressão 3D a laser
O processo usa tecnologia de revestimento a laser, o uso de bocal de irradiação a laser que transporta o fluxo de pó, derrete diretamente o pó elementar ou de liga, após a saída do feixe de laser, o líquido da liga solidifica rapidamente, para obter uma moldagem rápida da liga. Atualmente, tem sido amplamente utilizado em modelagem industrial, fabricação de máquinas, aeroespacial, militar, arquitetura, cinema e televisão, eletrodomésticos, indústria leve, medicina, arqueologia, cultura e arte, escultura, joias e outros campos.
9. Tratamento de superfície a laser e fabricação aditiva
Atualmente, a tecnologia, processos e equipamentos de tratamento de superfície a laser e fabricação aditiva são amplamente utilizados em metalurgia, máquinas de mineração, moldes, energia petrolífera, ferramentas de hardware, transporte ferroviário, aeroespacial, máquinas e outras indústrias.
10. galvanoplastia a laser
A galvanoplastia a laser é uma nova tecnologia de galvanoplastia por feixe de alta energia, que é de grande importância para a produção e reparo de dispositivos microeletrônicos e circuitos integrados em larga escala. Atualmente, embora os princípios de revestimento a laser, ablação a laser, deposição de laser de plasma e injeção de laser ainda estejam em pesquisa, a tecnologia já está em uso. Quando um laser contínuo ou laser pulsado é irradiado na superfície do cátodo da piscina de galvanoplastia, não apenas a taxa de deposição do metal pode ser bastante melhorada, mas também o revestimento não blindado com a geometria complexa esperada pode ser obtido controlando a trajetória do feixe de laser por computador.
Comparado com a galvanoplastia comum, suas vantagens são:
(1) A velocidade de deposição é rápida, como chapeamento de ouro a laser de até 1μm/s, chapeamento de cobre a laser de até 10μm/s, chapeamento de ouro a jato de laser de até 12μm/s, chapeamento de cobre a jato de laser de até 50μm/s;
(2) A deposição do metal ocorre apenas na área de irradiação do laser, e o revestimento de deposição local pode ser obtido sem a utilização de medidas de blindagem, simplificando assim o processo de produção;
(3) a força de ligação do revestimento é bastante melhorada;
(4) Fácil de conseguir controle automático;
(5) Economize metais preciosos;
(6) Economize investimento em equipamentos e tempo de processamento.
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