Лазер нурлары белән эретеп ябыштыру, югары тизлеге, югары төгәллеге һәм контактсыз үзенчәлекләре белән автомобильләр, аэрокосмик һәм электрон җайланмалар кебек өлкәләрдә киң кулланыла, аеруча төрле материалларны тоташтыруда уникаль өстенлекләр күрсәтә. Ләкин, эретеп ябыштыру процессында барлыкка килгән катылану ярыклары (Катулану ярыклары) аның сәнәгать кулланылышын чикләүче төп кимчелекләрнең берсе булып тора. Бу ярыклар гадәттә катылану ахырында кушылу зонасында (Кушылу зонасы) барлыкка килә, бу термик көчәнеш, катылану кыскаруы һәм бөртек чикләренә сыек пленканың берләшмә йогынтысы нәтиҗәсендә барлыкка килә, бу тоташуның механик үзлекләрен һәм арыганлык гомерен сизелерлек киметә.
1. Формалашу механизмы
Катылану ярыкларының төп механизмы катылану ахырындагы бөртек чикләрендәге калдык сыеклык пленкасында ята. Катылану процессы вакытында эрегән күл өч зонага бүленә: ирекле сыеклык зонасы, чикләнгән сыеклык зонасы һәм каты зона, 1 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә. Чикләнгән сыеклык зонасында сыеклык агымы тыгыла һәм катылану кыскаруы нәтиҗәсендә барлыкка килгән деформацияне компенсацияли алмый, нәтиҗәдә бөртек чикләре аерыла. Бөртек чикләре энергиясенең (γgb) каты-сыеклык чикләре энергиясенә (γsl) нисбәте сыеклык пленкасының тотрыклылыгын билгели: әгәр γgb < 2γsl булса, сыеклык пленкасы тотрыксыз һәм бөртекләр кушылуы барлыкка килә; киресенчә, сыеклык пленкасы тотрыклы һәм ярыклар барлыкка килүгә омтыла.
Моннан тыш, катылану ярыклары барлыкка килүе материалларның металлургик үзлекләре белән дә бәйле. Төрле материалларның катылану үзенчәлекләре бар, мәсәлән, катылану температура диапазоны, катылану кыскару тизлеге һәм эретмә элементларының таралышы һ.б. Бу үзенчәлекләр ярыкларның сизгерлегенә йогынты ясый. Мәсәлән, түбән эрү температурасы булган эвтектик фазаларның күп күләмдә булган материалларда катылану ярыкларының сизгерлеге югарырак, чөнки бу эвтектик фазалар катылану вакытында өзлексез сыек пленкалар барлыкка китерергә омтыла, шуның белән ярыклар барлыкка килүен көчәйтә.
вакытындалазер белән эретеп ябыштыру процессы, лазер көче, эретеп ябыштыру тизлеге һәм нокта зурлыгы кебек эретеп ябыштыру параметрлары да катып калу ярыклары барлыкка килүенә йогынты ясый. Бу параметрлар эретеп ябыштыру процессы вакытында җылылык керүенә һәм температура градиентына тәэсир итә, шуның белән катып калу структурасын һәм бөртек морфологиясен үзгәртә. Мәсәлән, югарырак лазер көче һәм түбәнрәк эретеп ябыштыру тизлеге күбрәк җылылык керүенә һәм суыту тизлегенең әкренәюенә китерә, бу баганасыман кристалларның үсешенә ярдәм итә һәм ярыкларга сизгерлекне арттыра. Киресенчә, түбәнрәк лазер көче һәм югарырак эретеп ябыштыру тизлеге җылылык керүенең кимүенә һәм суыту тизлегенең тизрәк булуына китерә, тигез күчәрле кристаллар барлыкка килүне җиңеләйтә һәм ярыкларга сизгерлекне киметә.
2. Бастыру чаралары
Катышу ярыкларын нәтиҗәле рәвештә бастыру өченлазер белән эретеп ябыштыру, тикшеренүчеләр төрле стратегияләр тәкъдим иттеләр, алар, нигездә, бөртек структурасын контрольдә тотуга, эретеп ябыштыру параметрларын оптимальләштерүгә һәм материал үзлекләрен яхшыртуга юнәлтелгән. Бөртек структурасын камилләштерү аша бөртек чикләре санын арттырырга, һәм көчәнеш концентрациясенең концентрациясен киметергә мөмкин, шуның белән ярыклар барлыкка килүен киметергә мөмкин. Тикшеренүләр күрсәткәнчә, лазер нуры тирбәнеш технологиясен кулланып, багана кристалларын башка материаллар өстәмичә вак тигез күчәрле кристалларга әйләндерергә мөмкин. Лазер нуры тирбәнеш лазер энергиясен тарата ала, эрегән күлдә турбулентлык барлыкка китерә, шуның белән багана кристалларының үсеш юнәлешен боза һәм тигез күчәрле кристаллар барлыкка килүенә ярдәм итә, 3 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә. Моннан тыш, лазер нуры тирбәнеш эрегән күлнең киңлеген арттыра, температура градиентын киметә һәм эрегән күлнең катылану вакытын озайта ала, бу эрегән матдәләрнең диффузиясенә һәм сыек пленкаларның тулылануына ярдәм итә, шуның белән катылану ярыкларының сизгерлеген сизелерлек киметә.
Төрле бассейн формалары астында бөртек чикләре сыек пленкаларының таралышы.
Эретелгән пульсның схемасы, а, б) тирбәнешсез, в, г) ян тирбәнеш, д, е) буй тирбәнеш, g, h) әйләнә тирбәнеш.
Моннан тышлазер нурыОсциллация технологиясе, икеләтә лазер чыганакларын куллану да катыру ярыкларын бастыруның нәтиҗәле ысулларының берсе булып тора. Икеләтә лазер чыганаклары термик циклны оптимальләштерү юлы белән багана кристалларыннан тигез күчәрле кристалларга әверелергә мөмкин, шуның белән бөртек зурлыгын һәм деформация концентрациясен киметә. Мәсәлән, төп җылылык чыганагы буларак CO₂ лазерын һәм ярдәмче җылылык чыганагы буларак Nd:YAG импульслы лазерын кулланганда, эретеп ябыштыру вакытында оптимальләштерелгән термик цикл барлыкка килергә мөмкин, бу тигез күчәрле кристаллар барлыкка килүенә ярдәм итә һәм катыру ярыкларының сизгерлеген киметә, 4 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә.
Эретү параметрларын оптимальләштерү шулай ук катылану ярыкларын бастыруның мөһим чарасы булып тора. Лазер көче, эретү тизлеге һәм нокта зурлыгы кебек параметрларны көйләү аша эретү процессы вакытында җылылык керүен һәм температура градиентын контрольдә тотарга мөмкин, шуның белән катылану структурасына һәм бөртек морфологиясенә йогынты ясый. Тикшеренүләр күрсәткәнчә, алдан җылыту эшкәртү суыту тизлеген киметергә, тигез күчәрле кристаллар барлыкка килүенә ярдәм итәргә һәм шуның белән катылану ярыкларының сизгерлеген киметергә мөмкин, 5 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә. Моннан тыш, импульслы лазер белән эретү куллану һәм эретү тизлеген арттыру кебек ысуллар да җылылык керүен һәм суыту тизлеген үзгәртеп, колоннасыман кристаллардан тигез күчәрле кристалларга әверелергә мөмкин, шуның белән ярыкларның сизгерлеген киметә.
5 нче рәсем. а) Җылытылмаган, б) 300°C алдан җылытылган тигез күчәрле бөртекләр.
Төрле материалларны лазерлар белән эретеп ябыштырганда, материаллар арасындагы физик һәм химик үзлекләрдәге зур аермалар аркасында, сынучан интерметаллик кушылмалар барлыкка килергә мөмкин, бу катылану ярыкларының төп сәбәпләренең берсе. Шуңа күрә, интерметаллик кушылмалар барлыкка килүен яки күләмен киметү өчен лазер параметрларын һәм көйләүләрен көйләү дә катылану ярыкларын бастыруның мөһим стратегиясе булып тора. Мәсәлән, бакыр-алюминий төрле материалларны лазер белән эретеп ябыштыруда, лазер нурының тайпылышын һәм эретеп ябыштыру тизлеген контрольдә тоту ярдәмендә, эретелгән күлдә бакыр һәм алюминийның кушылу нисбәтен киметергә мөмкин, шуның белән сынучан интерметаллик кушылмалар барлыкка килүен киметергә һәм ярыкларның сизгерлеген киметергә мөмкин. Моннан тыш, тутыргыч материаллар куллану эретеп ябыштырылган тоташуның эшчәнлеген яхшыртырга һәм ярыклар барлыкка килүен киметергә мөмкин. Тутыргыч материаллар эретеп ябыштырылган тоташуның составын һәм микроструктурасын үзгәртеп, интерметаллик кушылмалар барлыкка килүен киметергә һәм эретеп ябыштырылган тоташуның ныклыгын яхшыртырга мөмкин.
Катылану ярыклары - лазер белән эретеп ябыштыру процессларында еш очрый торган кимчелекләрнең берсе. Аларның барлыкка килү механизмы катлаулы һәм җылылык, механика һәм металлургия кебек күп факторларның үзара бәйләнешен үз эченә ала. Катылану ярыкларының барлыкка килү механизмын тирәнтен өйрәнү аша ярыкларны бастыру өчен теоретик нигез булдырырга мөмкин. Соңгы елларда тикшеренүчеләр катылану ярыкларын бастыру өчен төрле стратегияләр тәкъдим иттеләр, алар, нигездә, бөртек структурасын контрольдә тотуга, эретеп ябыштыру параметрларын оптимальләштерүгә һәм материал үзлекләрен яхшыртуга юнәлтелгән. Практика күрсәткәнчә, бу стратегияләр катылану ярыкларының сизгерлеген билгеле бер дәрәҗәдә нәтиҗәле рәвештә киметә һәм лазер белән эретеп ябыштыруның сыйфатын һәм ышанычлылыгын яхшырта ала. Ләкин, лазер белән эретеп ябыштыру процессының катлаулылыгы һәм төрлелеге аркасында, хәзерге тикшеренүләрдә кайбер җитешсезлекләр әле дә бар. Мәсәлән, төрле материалларда һәм эретеп ябыштыру шартларында катылану ярыкларының тоткарлану механизмнары өчен тагын да тирәнрәк тикшеренүләр кирәк.
Бастырып чыгару вакыты: 2025 елның 20 марты
