Lazer şöhlesi bilen kebşirlemeÝokary tizligi, ýokary takyklygy we kontaktsyz häsiýetleri bilen awtoulaglar, awiasiýa we elektron enjamlar ýaly ugurlarda giňden ulanylýar, esasanam dürli materiallary birikdirmekde özboluşly artykmaçlyklary görkezýär. Şeýle-de bolsa, kebşirleme prosesinde emele gelýän gatylaşma çatlaklary (Gatylaşma çatlamagy) onuň senagat ulanylyşyny çäklendirýän esasy kemçilikleriň biridir. Bu çatlaklar, adatça, gatylaşmanyň ahyrynda, erişme zolagynda (Erişme zolagy) ýüze çykýar, bu bolsa termal stres, gatylaşma kiçelmesi we suwuk plýonkanyň däne serhetlerine täsiriniň bilelikdäki täsiri bilen ýüze çykýar we birleşmäniň mehaniki häsiýetlerini we ýadawlyk ömrüni ep-esli azaldýar.
1. Formasiýanyň mehanizmi
Gatyşma çatlaklarynyň esasy mehanizmi gatylaşmanyň ahyryndaky däne serhetlerinde galan suwuklyk plýonkasynda ýerleşýär. Gatyşma prosesiniň dowamynda, ereýän howuz üç zona bölünýär: erkin suwuklyk zonasy, çäklendirilen suwuklyk zonasy we 1-nji suratda görkezilişi ýaly, gaty zona. Çäklendirilen suwuklyk zonasynda suwuklyk akymy böwetlenýär we gatylaşma kiçelmegi sebäpli dörän dartgynlylygyň öwezini dolup bilmeýär, netijede däne serhetleriniň bölünmegine getirýär. Däne serhet energiýasynyň (γgb) gaty-suwuklyk serhet energiýasyna (γsl) gatnaşygy suwuklyk plýonkasynyň durnuklylygyny kesgitleýär: eger γgb < 2γsl bolsa, suwuklyk plýonkasy durnuksyz bolýar we däneleriň birleşmegi ýüze çykýar; tersine, suwuklyk plýonkasy durnukly bolýar we çatlaklaryň döremegine meýilli bolýar.
Mundan başga-da, gatylaşma çatlaklarynyň emele gelmegi materiallaryň metallurgiýa häsiýetleri bilen hem baglanyşyklydyr. Dürli materiallaryň gatylaşma temperatura aralygy, gatylaşma kiçelme tizligi we legir elementleriniň paýlanyşy ýaly aýratyn gatylaşma häsiýetleri bar. Bu häsiýetler çatlaklaryň duýgurlygyna täsir edýär. Mysal üçin, köp mukdarda pes ereme nokady bolan ewtektiki fazalary öz içine alýan materiallarda gatylaşma çatlaklarynyň duýgurlygy has ýokarydyr, sebäbi bu ewtektiki fazalar gatylaşma wagtynda üznüksiz suwuk plýonkalary emele getirmäge meýilli bolup, şol sebäpli çatlaklaryň emele gelmegini güýçlendirýär.
dowamyndalazer bilen kebşirleme prosesi, lazer güýji, kebşirleme tizligi we nokadyň ululygy ýaly kebşirleme parametrleri hem gatylaşma çatlaklarynyň emele gelmegine täsir edýär. Bu parametrler kebşirleme prosesinde ýylylyk girmegine we temperatura gradientine täsir edýär, şeýdip gatylaşma gurluşyny we dänejik morfologiýasyny üýtgedýär. Mysal üçin, ýokary lazer güýji we pes kebşirleme tizligi has köp ýylylyk girmegine we sowadyş tizliginiň haýallaşmagyna getirýär, bu bolsa sütünli kristallaryň ösmegine ýardam edýär we çatlaga duýgurlygy ýokarlandyrýar. Tersine, pes lazer güýji we ýokary kebşirleme tizligi has az ýylylyk girmegine we has çalt sowadyş tizligine getirýär, deň okly kristallaryň emele gelmegine ýardam edýär we çatlaga duýgurlygy peseldýär.
2. Basdyryş çäreleri
Gatyşma çatlaklaryny netijeli basyp ýatyrmak üçinlazer bilen kebşirlemek, ylmy işgärler dürli strategiýalary teklip etdiler, olar esasan däne gurluşyny gözegçilikde saklamaga, kebşirleme parametrlerini optimizirlemäge we material häsiýetlerini gowulandyrmaga gönükdirilendir. Däne gurluşyny kämilleşdirmek arkaly däne serhetleriniň sanyny köpeltmäge we stres konsentrasiýasynyň konsentrasiýasyny azaltmaga, şeýdip çatlaklaryň emele gelmegini azaltmaga mümkin. Barlaglar lazer şöhlesiniň yrgyldaw tehnologiýasyny ulanmak arkaly sütünli kristallary başga materiallary goşmazdan inçe deň okly kristallara öwürmegiň mümkindigini görkezdi. Lazer şöhlesiniň yrgyldaw lazer energiýasyny dargadyp, ereýän howuzda turbulentlik döremegine sebäp bolup, şeýdip sütünli kristallaryň ösüş ugruny bozup, deň okly kristallaryň emele gelmegine ýardam edip biler, 3-nji suratda görkezilişi ýaly. Mundan başga-da, lazer şöhlesiniň yrgyldawlygy ereýän howuzuň giňligini artdyryp, temperatura gradientini azaldyp we ereýän howuzuň gatama wagtyny uzaldyp biler, bu bolsa ereýän maddalaryň ýaýramagyna we suwuk plýonkalaryň doldurylmagyna ýardam edýär, şeýdip gatama çatlaklarynyň duýgurlygyny ep-esli azaldýar.
Däne serhet suwuklyk plýonkalarynyň dürli howuz şekilleriniň aşagynda paýlanyşy.
Kebşirleme ergin howuzunyň shematiki diagrammasy, a, b) yrgyldawsyz, c, d) gapdal yrgyldaw, e, f) uzynlyk yrgyldaw, g, h) aýlaw boýunça yrgyldaw.
Mundan başga-dalazer şöhlesiIki lazer çeşmelerini ulanmak bilen ossilýasiýa tehnologiýasy hem gatylaşma çatlaklaryny basyp ýatyrmagyň netijeli usullarynyň biridir. Iki lazer çeşmeleri termal sikli optimizirlemek arkaly sütünli kristallardan deň okly kristallara öwrülmegi amala aşyryp biler, şeýlelik bilen dänejikleriň ölçegini we deformasiýa konsentrasiýasyny azaldýar. Mysal üçin, esasy ýylylyk çeşmesi hökmünde CO₂ lazeri we kömekçi ýylylyk çeşmesi hökmünde Nd:YAG impulsly lazer ulanylanda, kebşirleme wagtynda optimizirlenen termal sikli emele getirip, deň okly kristallaryň emele gelmegine ýardam edip we gatylaşma çatlaklarynyň duýgurlygyny azaldyp biler, 4-nji suratda görkezilişi ýaly.
Kebşirleme parametrlerini optimizirlemek hem gatylaşma çatlaklaryny basyp ýatyrmagyň möhüm usulydyr. Lazer güýji, kebşirleme tizligi we nokat ölçegleri ýaly parametrleri sazlamak arkaly kebşirleme prosesinde ýylylyk girişini we temperatura gradientini gözegçilikde saklap bolýar, şeýdip gatylaşma gurluşyna we däne morfologiýasyna täsir edýär. Barlaglar öňünden gyzdyryp işlemegiň sowadyş tizligini peseldip, deň okly kristallaryň emele gelmegine ýardam edip biljekdigini we şeýdip gatylaşma çatlaklarynyň duýgurlygyny azaldyp biljekdigini görkezdi, 5-nji suratda görkezilişi ýaly. Mundan başga-da, impulsly lazer kebşirlemesini ulanmak we kebşirleme tizligini ýokarlandyrmak ýaly usullar hem ýylylyk girişini we sowadyş tizligini üýtgetmek arkaly sütünli kristallardan deň okly kristallara öwrülmegi üpjün edip biler, şeýdip çatlaklaryň duýgurlygyny peseldýär.
5-nji surat. a) Gyzdyrylmadyk, b) 300°C öňünden gyzdyrylan deň okly däneler.
Dürli materiallary lazer bilen kebşirlände, materiallaryň arasyndaky fiziki we himiki häsiýetlerdäki uly tapawutlar sebäpli, döwülýän metalara birleşmeler emele gelmäge meýilli bolýar, bu bolsa gatylaşma çatlaklarynyň esasy sebäpleriniň biridir. Şonuň üçin, metalara birleşmeleriň emele gelmegini ýa-da mukdaryny azaltmak üçin lazer parametrlerini we sazlamalaryny sazlamak hem gatylaşma çatlaklaryny basyp ýatyrmagyň möhüm strategiýasydyr. Mysal üçin, mis-alýumin dürli materiallary lazer bilen kebşirlände, lazer şöhlesiniň süýşmegini we kebşirleme tizligini dolandyrmak arkaly, ereýän howuzda misiň we alýuminiň garyşma gatnaşygyny azaldyp bolýar, şeýdip döwülýän metalara birleşmeleriň emele gelmegini azaldyp we çatlaklaryň duýgurlygyny azaldyp bolýar. Mundan başga-da, doldurgyç materiallary ulanmak kebşirlenen birleşmäniň işini gowulandyryp we çatlaklaryň emele gelmegini azaldyp biler. Doldurgyç materiallar kebşirlenen birleşmäniň düzümini we mikrostrukturyny üýtgetmek we kebşirlenen birleşmäniň berkligini ýokarlandyrmak arkaly metalara birleşmeleriň emele gelmegini azaldyp biler.
Gatyşma çatlaklary lazer bilen kebşirleme proseslerinde umumy kemçilikleriň biridir. Olaryň emele gelme mehanizmi çylşyrymly we ýylylyk, mehanika we metallurgiýa ýaly köp sanly faktorlaryň özara täsirini öz içine alýar. Gatyşma çatlaklarynyň emele gelme mehanizmini çuňňur öwrenmek arkaly çatlaklary basyp ýatyrmak üçin nazaryýet esaslary döredilip bilner. Soňky ýyllarda ylmy işgärler gatyşma çatlaklaryny basyp ýatyrmak üçin dürli strategiýalary teklip etdiler, olar esasan däne gurluşyny gözegçilikde saklamaga, kebşirleme parametrlerini optimizirlemäge we material häsiýetlerini gowulandyrmaga gönükdirilendir. Tejribe bu strategiýalaryň gatyşma çatlaklarynyň duýgurlygyny belli bir derejede netijeli azaldyp we lazer bilen kebşirlemegiň hilini we ygtybarlylygyny ýokarlandyryp biljekdigini subut etdi. Şeýle-de bolsa, lazer bilen kebşirleme prosesiniň çylşyrymlylygy we köpdürlüligi sebäpli, häzirki barlaglarda käbir kemçilikler henizem bar. Mysal üçin, dürli materiallarda we kebşirleme şertlerinde gatyşma çatlaklarynyň öňüni alyş mehanizmleri üçin has çuňňur barlaglar zerurdyr.
Ýerleşdirilen wagty: 20-nji mart 2025
