Оваа статија го разгледува напредокот на истражувањето на технологијата за ласерско обложување, опфаќајќи ги основните принципи на ласерско обложување, избор на материјал, контрола на параметрите на процесот, конфигурација на опремата и индустриска примена. Ласерското обложување има одлични можности за примена во подобрувањето на површинските перформанси на материјалите поради неговата мала зона погодена од топлина и високата цврстина на врзување. Статијата ги прикажува критериумите за избор на материјали за ласерско обложување, статусот на истражување и развој на метал/керамички/композитни материјали, ја анализира стратегијата за оптимизација на параметрите за заштита од ласер/скенирање/гас, ја дискутира насоката на развој на опремата како што се ласери/млазници/контрола системи, и наведува примери за примена во воздушната, автомобилската, металургијата и други области. Понатамошната иновација на технологијата и опремата за ласерско обложување ќе ја промовира важната улога на оваа технологија во намалувањето на трошоците за животниот циклус и подобрување на доверливоста на производот.

Технологијата за ласерско обложување е технологија која користи ласер со висока моќност како извор на топлина за да го стопи материјалот за обложување и потоа да го депонира на површината на материјалот за обложување за да создаде слој за обложување. Во споредба со традиционалната технологија за обложување, ласерското обложување ги има предностите на мала зона погодена од топлина, висока јачина на поврзување и речиси без претходен третман на материјалот за обложување, што може да постигне локална прецизна поправка. Ласерскиот слој за обложување има градиентна структура со подлогата, што е погодно за намалување на термичкиот стрес и резидуалниот стрес и за подобрување на јачината на поврзување. Откако беше предложена технологијата за ласерско обложување во 1960-тите, со развојот на ласерската технологија и науката за материјали, таа стана клучна технологија која широко се користи во областа на површинското инженерство.

Во споредба со облогата на гасна факел, ласерската обвивка има тесна зона погодена од топлина, мал преостанат стрес и мал термички ефект врз подлогата. Во споредба со плазма прскањето, ласерскиот слој за обложување е цврсто заварен на подлогата и има висока јачина на врзување. Во споредба со облогата со електронски сноп, ласерското обложување може да се ракува без вакуум и лесно се автоматизира. Општо земено, ласерското обложување ги комбинира предностите на високата густина на моќноста, силната колиминација и високата контролна флексибилност на ласерите за време на процесот на обложување, што го прави да има очигледни предности во модификацијата на површината на материјалот.

Технологијата на ласерско обложување може да формира облога со специфичен состав и својства на површината на метални или неметални материјали и да постигне единствена отпорност на абење, отпорност на корозија, отпорност на оксидација, отпорност на високи температури, отпорност на замор и други мултифункционални на површината на материјалот , што во голема мера го проширува опсегот на примена на материјалот. Технологијата за ласерско обложување е широко користена во многу индустриски области како што се воздушната, автомобилите, калапи, металургијата, машините, хемикалиите, фотоволтаиците, биомедицината итн., што е од големо значење за подобрување на перформансите и животниот век на производот.

1 Истражување на материјали за ласерско обложување

1.1 Избор и карактеристики на материјали за ласерско обложување
Изборот на соодветни материјали за обложување е од клучно значење за добивање висококвалитетни слоеви за обложување. Општо земено, потребни се одлични перформанси на ласерска апсорпција и се земаат предвид параметрите како што се точката на топење, густината, дифузноста и резидуалниот стрес на материјалот. Најчесто користените материјали вклучуваат метални прашоци (на база на кобалт, на база на никел, итн.), керамички прашоци (алуминиум оксид, силициум карбид, итн.) и претходно легирани соединенија или мешавини направени од горенаведените материјали. Функционалните градиентни материјали може да се дизајнираат и со користење на различни материјали.

Покрај добрите перформанси на ласерска апсорпција, материјалите за обложување исто така треба да имаат умерена точка на топење, висока стабилност, добра влажност и металуршко спојување со подлогата. Материјалите за обложување на метал може да обезбедат добра еластичност и густина, додека керамичките материјали за обложување имаат висока цврстина и хемиска стабилност. Со рационален избор на материјали, може да се добие композитен слој за обложување со повеќе својства.

1.2 Функции и перформанси на материјали за ласерско обложување
Со избирање на различни материјали за ласерско обложување, може да се добие одлична цврстина, отпорност на абење, отпорност на корозија, отпорност на термички замор, отпорност на оксидација, отпорност на високи температури, биокомпатибилност итн., што на површината на материјалот за обложување и дава сеопфатни одлични перформанси. Перформансите на слојот за обложување се тесно поврзани со фактори како што се составот на материјалот и големината на компонентите, параметрите на ласерскиот процес итн. На пример, со избирање на метал-керамички композитни материјали како што е WxC-NiCrBSi, слој за обложување отпорен на абење може да се добие и метална еластичност и висока керамичка цврстина. Со користење на материјали за обложување од легура на Inconel 718, може да се добие слој за обложување отпорен на корозија и отпорен на оксидација на висока температура. Материјалите за обложување со бор нитрид може да обезбедат многу висока цврстина на површината. Материјалите за обложување од легура на титаниум можат да добијат одлични биокомпатибилни слоеви за обложување.

1.3 Статус на истражување и тренд на развој на материјали за ласерско обложување
Материјалниот состав на ласерската обвивка е многу важен фактор што влијае на перформансите на облогите за обложување. Како што околината за примена на инженерските делови станува сè посложена и поостра, се бара функциите на обложување да бидат сè поразновидни и перформансите стануваат подобри и подобри. Затоа, еден материјал за обложување повеќе не може да ги исполни барањата за апликација. Композитот од материјали за обложување стана многу важен начин за луѓето да го решат овој проблем.

Во моментов, најчесто користените формули за материјали за ласерско обложување се: само-флексибилни легирани материјали, карбид дисперзија или композитни материјали, композитни керамички материјали итн. Овој тип на материјал има одлична отпорност на абење, отпорност на корозија, отпорност на високи температури и други својства, и е широко користен во металургијата, поморската опрема, воздушната, нуклеарната енергија и други области. Затоа, истражувањето за формулите на материјалот за ласерско обложување доби големо внимание од научниците дома и во странство.

На меѓународно ниво, истражувањето на традиционалните материјали за обложување на метали, како што се легурите на база на никел, на кобалт и на титаниум е релативно зрело и во моментов е посветено на развојот на легури со висока температура и функционални материјали за градиент. Традиционалните керамички материјали за обложување како што се алумина и силициум нитрид имаат релативно стабилни перформанси. Постојните истражувања истражуваат керамички композити отпорни на оксидација на висока температура. Постојат многу студии за метал-керамички композитни материјали за обложување, кои ги имаат предностите на металната цврстина и керамичката цврстина, а има и обиди за употреба на биоактивни материјали во медицинската област. Технолошки напредните земји како Европа, САД, Јапонија и Јужна Кореја претходно спровеле истражување за технологијата на ласерско обложување. Меѓу нив, Институтот за ласерска технологија Фраунхофер во Германија изврши основни истражувања за ласерско обложување на различни метални материјали како што се легури на титаниум, легури на алуминиум, легури на хром итн.; Националната лабораторија Oakridge во Соединетите Американски Држави е посветена на развој на ефикасни и евтини системи за ласерско обложување; многу јапонски компании, како што се Sumitomo Heavy Industries и Mitsubishi Heavy Industries, исто така се занимаваат со истражување и развој и производство на опрема за производство на ласерски адитиви.

Традиционалните метални материјали за обложување се широко користени во Кина. Од 2010 година, истражувачките институции и универзитети како Пекинг Универзитетот за аеронаутика и астронаутика, Северозападниот политехнички универзитет и Институтот за автоматизација на Шенјанг на Кинеската академија на науките постигнаа голем напредок во технологијата на ласерско обложување. Во моментов, фокусот е на индустриските апликации, а спроведено е истражување за обновување на сечилата на моторот на авионот, метални функционални градиентни материјали, премази со меѓуметални соединенија итн., а некои технологии достигнаа меѓународно напредно ниво. Локалните компании како Шенжен Гуангјун Ласер исто така се развиваат постојано. Во моментов, локализацијата на керамичките материјали за обложување постигна одреден напредок, но сè уште постои јаз од материјалите со високи перформанси; истражувањето на композитните материјали за обложување започна доцна и се развива од симулација до независен дизајн.

Гледајќи кон иднината, материјалите за ласерско обложување дома и во странство се развиваат од традиционални до иновативни. Фокусот на истражувањето се развива од единечни материјали до композитни материјали, особено метал-керамички композитни материјали, за да се добијат подобри сеопфатни перформанси. Во исто време, се развиваат и нови материјали за обложување погодни за посебни средини, како што се легури отпорни на високи температури на оксидација, биокомпатибилни материјали итн.

2 Истражување за процесот на ласерско обложување

2.1 Основни принципи на процесот на ласерско обложување
Ласерот го зрачи материјалот за обложување за да формира стопен базен. Растопениот материјал за обложување продира во површината на материјалот за обложување преку капиларно дејство, а потоа брзо се зацврстува за да се постигне стопена врска помеѓу материјалите. Процесот на обложување може да се подели во три фази: предтретман, обложување и посттретман. Предтретманот вклучува чистење на подлогата и подобрување на површината
грубост. Фазата на обложување е клучниот чекор во формирањето на слојот за обложување. Пост-третманот вклучува термичка обработка за да се елиминира преостанатиот стрес, итн.

2.2 Влијателни фактори и методи за оптимизација на процесот на ласерско обложување
Главните фактори кои влијаат на процесот на ласерско обложување се ласерските параметри, брзината на скенирање, параметрите на млазницата, заштитата на гасот итн. Стратегијата за регулирање и оптимизација на параметрите на процесот на ласерско обложување е клучот за добивање висококвалитетни слоеви на обложување. За главните параметри на процесот, истражувачите предложија многу ефективни стратегии за прилагодување и контрола. На пример, во однос на ласерските параметри, постабилна морфологија на стопениот базен се добива со оптимизирање на моќноста на ласерот. Студијата покажа дека совпаѓањето на ласерската бранова должина може да ја подобри ефикасноста на ласерска апсорпција на специфични материјали за обложување. Во однос на траекторијата на скенирање, се споредуваат ефектите на различните режими на скенирање врз формирањето на растопениот базен, а резултатите покажуваат дека ортогоналното скенирање може да ги земе предвид и ефикасноста на скенирањето и стабилноста на стопениот базен. Што се однесува до заштитата од вбризгување на гас, ефективната контрола на атмосферата се постигнува со оптимизирање на протокот и притисокот на гасот. Генерално, воспоставена е релативно систематска стратегија за оптимизација на параметрите на процесот на ласерско обложување. Преку координирана контрола на клучните параметри како ласерски систем, режим на скенирање, заштита на гас итн., процесот на обложување може точно да се прилагоди, а квалитетот и стабилноста на облогата може значително да се подобрат.

3 Истражување на опрема за ласерско обложување
Опремата за ласерско обложување се однесува на специјална опрема што се користи за изведување на технологија за ласерско обложување. Вклучува ласерски извор, оптички систем, систем за прскање, систем за позиционирање и движење на работното парче, уред за прскање во прав, работна маса и систем за контрола. Како клучна опрема за реализација на процесот на ласерско обложување, технолошкиот развој на опремата за ласерско обложување директно влијае на квалитетот на обложување и способноста на процесот.

Вообичаените ласери вклучуваат CO2 ласери, ласери со влакна, полупроводнички ласери, итн. Како основен извор на светлина на ласерското обложување, излезната моќност, опсегот на бранова должина, квалитетот на зракот и стабилноста на работа на ласерот се клучните технички индикатори за да се обезбеди квалитетот на облогата. Во иднина, истражувањето и развојот на ласерите ќе се фокусираат на подобрување на излезната моќност, усовршување на квалитетот на зракот, подобрување на работната стабилност и проширување на опсегот на бранова должина за да се задоволат потребите за поефикасна и рафинирана обработка на ласерско обложување.

Системот за прскање директно влијае на ефикасноста на пренесување на материјалот за обложување. Дизајнот за оптимизација на прскалките, онлајн мониторингот на процесите и контролата на полето на температурата се клучните технологии на опремата. Нова опрема, како што се нови глави за скенирање и мултиласерска спојка, се појавуваат во бескраен тек. Овие технолошки достигнувања го промовираа развојот на ласерско прецизно обложување. Во иднина, истражувањето на системот за прскање ќе се фокусира на дизајнот за оптимизација на внатрешната структура, усвојувањето на материјали отпорни на корозија на висока температура и развојот на брзи механизми за префрлување со повеќе млазници за подобрување на животниот век и приспособливоста на млазници, а со тоа ефикасно ја подобрува ефикасноста на користењето на суровините за обложување.

Нивото на интелигенција на контролниот систем е поврзано со стабилноста и квалитетот на површината на облогата. Развојната насока на контролниот систем во иднина е да се изгради интелигентен контролен механизам со затворена јамка, да се интегрираат алгоритми за вештачка интелигенција за оптимизација на параметрите, да се зајакне дизајнот на интеракциските интерфејси меѓу човекот и компјутерот и да се реализираат дигитални и интелигентни функции како далечинско следење и предвидување на состојбата, за да се постигне прецизна контрола и оптимизација на квалитетот на процесот на обложување.

Накратко, насоката за развој на опремата за ласерско обложување е да се подобри излезната моќност и стабилноста на ласерот, да се реализира прецизна контрола на млазницата и да се развијат интелигентни системи за контрола за да се изврши висококвалитетно ласерско обложување на сложени форми. Колаборативната иновација и развој на ласерска технологија, системи за прскање и контролни системи ќе ја промовира еволуцијата на опремата за ласерско обложување кон висока ефикасност, стабилност и интелигенција за да се задоволат идните потреби на апликациите за ласерско обложување со повисоки сеопфатни барања за перформанси.

4 Перспективи за примена и развој на технологијата за ласерско обложување во различни области
Поради своите прецизни и ефикасни карактеристики, технологијата на ласерско обложување покажа големи предности за примена и развојен потенцијал во воздушната, автомобилската, металургијата и други области. Во воздушната област, технологијата за ласерско обложување може да се примени за зајакнување на површината на важни компоненти како што се лопатките на гасната турбина, млазниците и турбинските дискови за да се генерираат висококвалитетни премази отпорни на абење и висока температура на корозија, што значително ја подобрува услугата животниот век на компонентите. Во споредба со традиционалните процеси, ласерското обложување има карактеристики на мала зона погодена од топлина за обработка и висока јачина на врзување, што е многу погодно за прецизно производство на адитиви на површината и поправка на авијациските компоненти. Понатамошниот развој на оваа технологија во голема мера ќе ги намали трошоците за одржување во воздушната област.

Во областа на производството на автомобили, ласерското обложување може да се користи за зајакнување на површинските својства на важните компоненти како што се вентилите на моторот, поврзувачките шипки, брегастите вратила итн., и да се подобри отпорноста на абење и отпорноста на корозија. Животниот век и доверливоста на таквите клучни компоненти ќе бидат значително подобрени, што ќе помогне да се намали фреквенцијата на одржување и да се намалат трошоците за целокупниот животен циклус на возилото.

Во областа на металуршката индустрија, технологијата за ласерско обложување може да постигне поправка и заштита на површината, поправка и препродукција на компоненти, третман со легирање на површината, производство на композитни материјали, локален третман за модификација и трансформација на традиционални материјали. Во однос на поправка и заштита на површината, технологијата за ласерско обложување ја зголемува отпорноста на абење и отпорноста на корозија на материјалите и го продолжува работниот век на опремата со обложување на специјални легури на оштетените површини. За поправка и повторно производство на клучните компоненти, технологијата за ласерско обложување може да ја врати првобитната структура и функција со селективно загревање и обложување на соодветни легирани материјали, со што ќе се реализира повторната употреба на компонентите. Третманот со легирање на површината користи технологија за ласерско обложување за обложување на специфични легирани материјали на површината на метални материјали, а со тоа ја подобрува цврстината, отпорноста на абење и отпорноста на корозија на материјалите и исполнувајќи ги специфичните барања за процесот. Употребата на технологија за ласерско обложување за производство на композитни материјали може да постигне сеопфатна примена на различни карактеристики со обложување на различни материјали во прав, со што се проширува полето на примена на металуршки материјали. Во исто време, технологијата за ласерско обложување може да постигне локални третмани за модификација како што се стврднување, жарење и гаснење, обезбедувајќи приспособени перформанси за металуршки материјали. Покрај тоа, поправката и трансформацијата на традиционалните материјали може да се постигне и преку технологијата за ласерско обложување, што значително ги подобрува перформансите и животниот век на материјалите со формирање на нов слој од легура на површината на материјалот.

Со континуираната зрелост на технологијата и опремата за ласерско обложување, неговото поле на примена ќе се прошири и на други индустриски полиња како што се нафтата, хемиската индустрија, електричната енергија, железничкиот транспорт итн., а изгледите на пазарот се широки. Континуираната иновација на оваа технологија значително ќе ги намали трошоците за одржување на опремата во различни индустрии и ќе ја подобри ефикасноста на производството.

5 Заклучок

Како прецизен и ефикасен метод за модификација на површината, технологијата за ласерско обложување покажа голем потенцијал за примена и изгледи за развој. Неговите уникатни предности се мала зона погодена од топлина, висока јачина на поврзување, флексибилна контрола на процесот итн., што може да реализира прецизна функционална трансформација на површината на материјалот. По децении на развој, технологијата за ласерско обложување успешно се применува во важни области како што се воздушната, автомобилската, металургијата итн., со што значително го подобрува работниот век и доверливоста на основните компоненти.

Со понатамошниот развој на ласерската технологија и производството на опрема, технологијата за ласерско обложување сè уште се соочува со предизвици во понатамошно намалување на трошоците за опремата, реализација на повеќеслојно обложување на сложени структури и проширување на опсегот на материјали за примена. Проблемот со совпаѓањето на системот на материјали и стабилната и повторлива контрола на квалитетот на облогата, исто така, треба постојано да се оптимизира. Сепак, изгледите за примена на оваа технологија се многу широки, вклучително и поправка на компонентите на топлиот дел на авијациските мотори, подобрување на површината на автомобилските мотори и реновирање на хидроенергетската опрема. Технологијата за ласерско обложување сигурно ќе игра важна улога во подобрувањето на доверливоста на производот и намалувањето на трошоците за животниот циклус преку континуирана иновација на опремата и процесите.