Nature.com сайтад зочилсонд баярлалаа. Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь CSS-ийг хязгаарлагдмал дэмждэг. Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг унтраах). Энэ хооронд үргэлжлүүлэн дэмжлэг үзүүлэхийн тулд бид сайтыг загварчлал болон JavaScript-гүйгээр харуулах болно.
Үйлдвэрлэлийн процесс дахь бүтээгдэхүүний бичил бүтцийг хянахын тулд сонгомол лазер хайлмал дээр суурилсан шинэ механизмыг санал болгож байна. Энэхүү механизм нь хайлсан усан сан дахь нарийн төвөгтэй эрчмийг тохируулсан лазер туяагаар өндөр эрчимтэй хэт авианы долгион үүсгэхэд суурилдаг. Туршилтын судалгаа, тоон симуляци нь энэхүү хяналтын механизмыг орчин үеийн сонголттой, үр дүнтэй дизайнтай хослуулж болохыг харуулж байна. лазер хайлуулах машинууд.
Сүүлийн хэдэн арван жилд нийлмэл хэлбэрийн эд ангиудын нэмэлт үйлдвэрлэл (AM) ихээхэн өссөн. Гэсэн хэдий ч сонгомол лазер хайлуулах (SLM)1,2,3, металлын шууд лазер тунадас4,5,6, электрон цацраг туяа хайлуулах7,8 болон бусад9,10 зэрэг олон төрлийн нэмэлт үйлдвэрлэлийн процессуудыг үл харгалзан түүний онцлог шинж чанар нь гол дутагдалтай байж болох юм. хайлсан усан сангийн хатуурах процесс нь өндөр дулааны градиент, өндөр хөргөлтийн хурд, хайлах болон дахин хайлуулах материалын халаалтын мөчлөгийн нарийн төвөгтэй байдалтай холбоотой11 бөгөөд энэ нь эпитаксиаль үр тарианы өсөлт, мэдэгдэхүйц нүхжилтэд хүргэдэг12,13. Үр дүнгээс харахад дулааны градиент, хөргөлтийн хурд, хайлшийн найрлагыг хянах эсвэл нарийн ширхэгтэй тэнцүү тэнхлэгт бүтэцтэй болгохын тулд янз бүрийн шинж чанартай гадны талбарууд (жишээлбэл, хэт авиан) дамжуулан нэмэлт физик цохилт өгөх шаардлагатай байна.
Олон тооны хэвлэлд чичиргээний боловсруулалт нь уламжлалт цутгах үйл явц дахь хатуурах үйл явцад үзүүлэх нөлөөллийн талаар санаа зовдог14,15.Гэвч задгай хайлмагт гадны талбар хэрэглэх нь хүссэн материалын бичил бүтцийг бий болгодоггүй.Хэрэв шингэн фазын эзэлхүүн бага бол нөхцөл байдал эрс өөрчлөгддөг.Энэ тохиолдолд гадны орон зай нь хатуурах явцад цахилгаан соронзон нөлөөлөл ихтэй гэж үздэг. талбарууд16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, нуман хутгуур28 ба хэлбэлзэл29, импульсийн плазмын нум30,31 болон бусад аргууд32 .Гадны өндөр эрчимтэй хэт авианы эх үүсвэрийг ашиглан субстратыг хавсаргана (20 гц давтамжтай). Температурын градиентийг бууруулж, хэт авианы тусламжтайгаар хөндийгөөр шинэ талстыг бий болгосноор найрлага дахь хөргөлтийн бүс нэмэгдсэнтэй холбоотой.
Энэ ажилд бид хайлсан лазерын өөрөө үүсгэсэн дууны долгионоор хайлсан цөөрмийг дуу авианы долгионоор баяжуулах замаар аустенит зэвэрдэггүй гангийн мөхлөгийн бүтцийг өөрчлөх боломжийг судалсан. Гэрэл шингээгч орчинд туссан лазерын цацрагийн эрчмийн модуляци нь материалын микро бүтцийн модуляцийг өөрчилдөг хэт авианы долгион үүсэхэд хүргэдэг. лазерын цацрагийг одоо байгаа SLM 3D принтерүүдэд хялбархан нэгтгэх боломжтой. Энэ ажлын туршилтыг гадаргуу нь эрчимжүүлсэн лазерын цацрагт өртсөн зэвэрдэггүй ган хавтан дээр хийсэн.Тиймээс техникийн хувьд лазерын гадаргуугийн боловсруулалтыг хийдэг.Гэхдээ хэрэв ийм лазер эмчилгээ хийвэл давхарга бүрийн гадаргуу дээр эсвэл сонгосон хэсгүүдийн давхаргад бүхэлд нь нөлөөлнө. эзэлхүүн хүрдэг.Өөрөөр хэлбэл, тухайн хэсгийг давхаргаар нь хийсэн тохиолдолд давхарга бүрийн гадаргуугийн лазер эмчилгээ нь "лазер эзэлхүүний эмчилгээ"-тэй тэнцэнэ.
Хэт авианы эвэрт суурилсан хэт авианы эмчилгээнд зогсох дууны долгионы хэт авианы энерги нь бүх бүрэлдэхүүн хэсэгт тархдаг бол лазераас үүдэлтэй хэт авианы эрч хүч нь лазерын цацрагийг шингээж авах цэгийн ойролцоо өндөр төвлөрдөг. SLM нунтаг орны хайлуулах машинд sonotrode ашиглах нь нунтаг цацрагийн дээд гадаргуу дээр үлдэх ёстой тул төвөгтэй байдаг. Үүнээс гадна хэсгийн дээд гадаргуу дээр механик ачаалал байхгүй. Иймд акустик хүчдэл тэгтэй ойролцоо, ширхэгийн хурд нь тухайн хэсгийн бүх дээд гадаргууд хамгийн их далайцтай байна. Хайлмал усан сангийн бүх доторх дууны даралт нь гагнуурын толгойноос үүсгэсэн хамгийн их даралтын 0.1% -иас хэтрэхгүй байх ёстой, учир нь хэт авианы долгионы долгионы урт нь kHz-ийн ган долгионы давтамжтай \2\0 байна. 0.3~\text {m}\) бөгөөд гүн нь ихэвчлэн \(\sim 0.3~\text {мм}\-ээс бага байдаг. Иймд хэт авианы хөндийд үзүүлэх нөлөө бага байж болно.
Металл лазерын шууд хуримтлалд эрчимжүүлсэн лазерын цацрагийг ашиглах нь судалгааны идэвхтэй талбар гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй35,36,37,38.
Лазерын цацрагийн орчин дахь дулааны нөлөөлөл нь огтлох41, гагнах, хатууруулах, өрөмдөх42, гадаргууг цэвэрлэх, хайлш хийх, гадаргууг өнгөлөх43 гэх мэт материал боловсруулах бараг бүх лазерын 39, 40 техникүүдийн үндэс суурь юм. монографи44,45,46.
Орчуулагч дээрх тогтворгүй аливаа үйлдэл, түүний дотор шингээгч орчинд цацах үйлдэл нь түүний доторх акустик долгионыг их бага үр ашигтайгаар өдөөхөд хүргэдэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Эхэндээ гол анхаарал нь шингэн дэх долгионыг лазераар өдөөх, дууны янз бүрийн дулааны өдөөх механизм (дулааны тэлэлт, ууршилт, шилжилтийн үе шат, агшилт, 84, 84, 84, 84, 84, 87, 84, 84, 87, 84, 84,7) өөрчлөлтүүдийн өөрчлөлтүүд дэх долгионы долгионыг өдөөдөг байсан. 49. Олон тооны монографи50, 51, 52-т энэ үйл явцын онолын дүн шинжилгээ, түүний боломжит практик хэрэглээг тусгасан болно.
Эдгээр асуудлуудыг дараа нь янз бүрийн хурал дээр хэлэлцсэн бөгөөд хэт авианы лазер өдөөлт нь лазер технологи53 болон анагаах ухааны54 үйлдвэрлэлийн аль алинд нь хэрэглэгдэж байна.Тиймээс импульсийн лазерын гэрэл шингээгч орчинд үйлчилдэг үйл явцын үндсэн ойлголт бий болсон гэж үзэж болно. Лазерын хэт авианы хяналтыг SLM-56 сорьцын согогийг илрүүлэхэд ашигладаг.
Лазерын нөлөөгөөр үүссэн цочролын долгионы материалд үзүүлэх нөлөө нь лазерын цохилтын 57,58,59-ийн үндэс бөгөөд нэмэлтээр үйлдвэрлэсэн эд ангиудын гадаргуугийн боловсруулалтанд ашиглагддаг60. Гэсэн хэдий ч лазерын цохилтыг бэхжүүлэх нь нано секундын лазер импульс болон механик ачаалалтай гадаргуу дээр хамгийн үр дүнтэй байдаг (жишээ нь: шингэний дээд давхаргын механик ачаалал ихэсдэг59).
Төрөл бүрийн физик талбайн хатуужсан материалын бичил бүтцэд үзүүлэх нөлөөллийг судлах туршилтыг хийсэн. Туршилтын төхөөрөмжийн функциональ диаграммыг Зураг 1-д үзүүлэв. Чөлөөт ажиллах горимд ажилладаг импульсийн Nd:YAG хатуу төлөвт лазер (импульсийн үргэлжлэх хугацаа \(\tau _L \sim 150~\upmu\text) ашигласан. хэд хэдэн төвийг сахисан нягтын шүүлтүүр ба цацраг задлагч хавтангийн систем. Төвийг сахисан нягтын шүүлтүүрүүдийн хослолоос хамааран зорилтот цэг дээрх импульсийн энерги нь \(E_L \sim 20~\text {mJ}\)-аас \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) хооронд хэлбэлздэг. Нэгэн зэрэг өгөгдөл цуглуулах, зорилтот объект руу чиглэсэн болон туссан онцлох хугацаатай хоёр калориметр (\(1~\текст {ms}\)-ээс хэтэрсэн урт хариу өгөх хугацаатай фотодиод), 2 цахилгаан тоолуур (харалтын богино хугацаатай фотодиод\(<10~\текст {ns}\)) ашиглан ослын болон туссан оптик чадлын нэгжийн үнэмлэхүй утгыг тодорхойлоход ашигладаг. термопил мэдрэгч Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 ба диэлектрик толь нь дээжийн байршилд суурилуулсан байна. Линз ашиглан туяаг зорилтот дээр төвлөрүүл (\(1.06 \upmu \text {m}\, фокусын урт \(160~\текст) ба зорилтот гадаргуу дээр {mm}-am6) \(100~\upmu\text {m}\).
Туршилтын тохируулгын функциональ бүдүүвч диаграм: 1—лазер; 2 - лазер туяа; 3 - төвийг сахисан нягтын шүүлтүүр; 4—синхрон фотодиод; 5 - цацраг задлагч; 6 - диафрагм; 7 - туссан цацрагийн калориметр; 8 - ойсон цацрагийн калориметр; 9 - ослын цацрагийн цахилгаан тоолуур; 10 - ойсон цацрагийн цахилгаан тоолуур; 11 - фокусын линз; 12 - толь; 13 - дээж; 14 – өргөн зурвасын пьезоэлектрик хувиргагч; 15 - 2D хувиргагч; 16 - байрлал тогтоох микроконтроллер; 17 - синхрончлолын нэгж; 18 – янз бүрийн түүвэрлэлтийн хурдтай олон сувгийн дижитал хүлээн авах систем; 19 - хувийн компьютер.
Хэт авианы эмчилгээг дараах байдлаар гүйцэтгэнэ.Лазер чөлөөт гүйлтийн горимд ажилладаг; Иймээс лазерын импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) бөгөөд тус бүр нь ойролцоогоор \(1.5~\upmu \text {s } \) байдаг. Лазер импульсийн түр зуурын хэлбэр ба түүний спектр нь бага давтамжтай, ойролцоогоор өндөр давтамжтай модуляцаас бүрдэнэ. \(0.7~\текст {MHz}\), Зураг 2-т үзүүлсний дагуу.- Давтамжийн бүрхүүл нь материалыг халаах, дараа нь хайлах, ууршуулах, харин өндөр давтамжийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь фотоакустик эффектийн улмаас хэт авианы чичиргээг өгдөг. Энэ нь \(7~\текст {кГц}\)-аас \(2~\текст {МГц}\) хүртэл, төвийн давтамж нь \(~ 0.7~\текст {МГц}\ байна. Фотоакустик эффектийн улмаас үүссэн акустик импульсийг поливинилиден фторидын өргөн зурвасын пьезоэлектрик хувиргагч ашиглан бүртгэж авсан бөгөөд үүнийг 2-р зурагт долгионы хэлбэрээр тэмдэглэсэн байх ёстой. лазерын импульсийн хэлбэр нь чөлөөт гүйлтийн лазерын ердийн шинж чанартай болохыг тэмдэглэв.
Дээжний арын гадаргуу дээрх лазер импульсийн эрчим (a) ба дууны хурд (b), лазер импульсийн спектр (c) ба хэт авианы импульсийн (d) цаг хугацааны хуваарилалт нь нэг лазерын импульсийн (цэнхэр муруй) дунджаар 300 гаруй лазер импульс (улаан муруй) байна.
Бид лазерын импульсийн нам давтамжийн дугтуй болон өндөр давтамжийн модуляцтай харгалзах акустик эмчилгээний бага давтамжийн болон өндөр давтамжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тодорхой ялгаж чадна.Лазер импульсийн дугтуйнаас үүссэн акустик долгионы долгионы урт нь \(40~}\text {см-ээс хэтэрсэн байна); иймээс акустик дохионы өргөн зурвасын өндөр давтамжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн бичил бүтцэд үзүүлэх үндсэн нөлөөлөл хүлээгдэж байна.
SLM дахь физик процессууд нь нарийн төвөгтэй бөгөөд өөр өөр орон зайн болон цаг хугацааны масштабаар нэгэн зэрэг явагддаг.Тиймээс олон масштабын аргууд нь SLM-ийн онолын шинжилгээнд хамгийн тохиромжтой байдаг. Математик загварууд нь эхлээд олон физиктэй байх ёстой. Олон фазын орчны механик ба термофизик нь "хатуу-шингэн хайлмал"-ын идэвхгүй уур амьсгалтай хийн харилцан үйлчлэлцэх үр дүнтэй шинж чанартай байж болно. SLM дахь ачаалал дараах байдалтай байна.
\(10^{13}~\text {W} см}^2\ хүртэлх эрчим хүчний нягтрал бүхий орон нутгийн лазерын цацрагийн улмаас \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ хүртэл халаах, хөргөх хурд.
Хайлах-хатуурах мөчлөг нь 1-ээс \(10~\текст {ms}\) хооронд үргэлжилдэг бөгөөд энэ нь хөргөлтийн үед хайлах бүсийг хурдан хатууруулахад хувь нэмэр оруулдаг.
Дээжийн гадаргууг хурдан халаах нь гадаргуугийн давхаргад өндөр дулаан уян харимхай стресс үүсэхэд хүргэдэг. Нунтаг давхаргын хангалттай (20% хүртэл) хэсэг нь хүчтэй ууршдаг63 бөгөөд энэ нь лазерын салалтын хариуд гадаргуу дээр нэмэлт даралтын ачааллыг бий болгодог. Үүний үр дүнд өдөөгдсөн омог нь ойр орчмын хэсгийн бүтцийн геометрийг ихээхэн гажуудуулдаг. Импульсийн лазерын процессын хурд нь гадаргуугаас субстрат руу тархдаг хэт авианы долгионы долгионыг үүсгэдэг. Орон нутгийн стресс ба деформацийн тархалтын талаархи үнэн зөв тоон мэдээллийг олж авахын тулд дулаан ба массын дамжуулалттай уялдаатай уян хатан хэв гажилтын асуудлыг месоскопийн загварчлалаар хийдэг.
Загварын үндсэн тэгшитгэлд (1) дулаан дамжуулалт нь фазын төлөв байдал (нунтаг, хайлмал, поликристал) ба температураас хамаардаг тогтворгүй дулаан дамжуулалтын тэгшитгэлүүд, (2) тасралтгүй арилгасны дараа уян хатан хэв гажилтын хэлбэлзэл ба термоуламтгай тэлэлтийн тэгшитгэл орно. Хилийн утгын асуудлыг туршилтын тодорхойлогдсон модуляцын гадаргуу дээр тодорхойлно. хөргөлтөд дамжуулагч дулаан солилцоо болон ууршилтын урсгал орно. Массын урсгалыг ууршуулж буй материалын ханасан уурын даралтын тооцоонд үндэслэн тодорхойлно. Термоэластик хүчдэл нь температурын зөрүүтэй пропорциональ байдаг тохиолдолд эластопластик хүчдэл-хүчдэлийн хамаарлыг ашигладаг.Нэрлэсэн чадлын хувьд \(300~\text {W}^5 {W}\, давтамж {~\t), давтамж \\\t 100 ба \(200~\upmu \text {m}\ ) үр дүнтэй цацрагийн диаметр.
Зураг 3-т хайлсан бүсийн тоон симуляцийн үр дүнг макроскопийн математик загвараар харуулав. Хайлмал бүсийн диаметр нь \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text {m}\) радиус) ба \(40~\upmu \text {m}\) радиус нь орон нутгийн цаг хугацааны хэмжилтээр температурын үр дүнг харуулж байна. Импульсийн модуляцын өндөр завсрын хүчин зүйлийн улмаас \(100~\текст {K}\) байна. Халаалтын \(V_h\) ба хөргөлтийн \(V_c\) хурдууд нь \(10^7\) ба \(10^6~\текст {K}/\text {s}\) гэсэн дарааллаар байна. Эдгээр утгууд нь өмнөх шинжилгээнүүдийн хооронд 6 баллын зөрүүтэй байна. \(V_h\) ба \(V_c\) нь гадаргуугийн давхаргыг хурдан хэт халахад хүргэдэг бөгөөд субстратын дулаан дамжуулалт нь дулааныг арилгахад хангалтгүй байдаг. Иймээс \(t=26~\upmu \text {s}\) үед гадаргуугийн температур дээд цэгтээ хүрдэг бөгөөд \(4800~\текст {K} eva) нь дээжийн гадаргуугийн илүүдэл үүсэхэд хүргэдэг. шахаж, хальслах.
316 л дээжийн хавтан дээрх нэг лазерын импульсийн хайлах бүсийн тоон симуляцийн үр дүн. Импульсийн эхэн үеэс хайлсан усан сангийн гүн хүртэлх хамгийн их утгад хүрэх хугацаа нь \(180~\upmu\text {s}\) байна.Изотерм\(T = T_L = 1723~}\текст нь шингэн ба боодлын хоорондох {K. изобарууд (шар шугамууд) нь дараагийн хэсэгт температурын функцээр тооцсон уналтын хүчдэлтэй тохирч байна. Иймээс хоёр изотерм (T=T_L\) ба изобарууд\(\сигма =\сигма _V(T)\) хоорондын мужид хатуу фаз нь хүчтэй механик ачаалалд өртөж, микро бүтцийн өөрчлөлтөд хүргэдэг.
Энэ нөлөөг Зураг 4а-д дэлгэрэнгүй тайлбарласан бөгөөд хайлсан бүс дэх даралтын түвшинг гадаргуугаас цаг хугацаа ба зайнаас хамааруулан дүрсэлсэн болно. Нэгдүгээрт, даралтын төлөв байдал нь дээрх 2-р зурагт тайлбарласан лазерын импульсийн эрчмийн модуляцтай холбоотой. Хамгийн их даралт \text{s}\) ойролцоогоор \(10~\text {MPa}\)(See 2) орчим ажиглагдсан. Хяналтын цэг дэх орон нутгийн даралтын хэлбэлзэл нь \(500~\текст {kHz}\ давтамжтай ижил хэлбэлзлийн шинж чанартай байдаг. Энэ нь хэт авианы даралтын долгион нь гадаргуу дээр үүсч, улмаар субстрат руу тархдаг гэсэн үг юм.
Хайлтын бүсийн ойролцоох хэв гажилтын бүсийн тооцоолсон шинж чанарыг 4б-р зурагт үзүүлэв.Лазер аблаци ба дулаан уян харимхай стресс нь субстрат руу тархах уян деформацийн долгионыг үүсгэдэг.Зураг дээрээс харахад стресс үүсэх хоёр үе шат байдаг. Эхний үе шатанд \(t < 40~}\upmu \text \\text {8ss) {МПа}\) гадаргуугийн даралттай төстэй модуляцтай. Энэ стресс нь лазераар устгалтын улмаас үүсдэг бөгөөд анхны халуунд өртсөн бүс хэт бага байсан тул хяналтын цэгүүдэд дулаан уян харимхай стресс ажиглагдаагүй. Дулаан субстрат руу тархах үед хяналтын цэг нь \(40~\текст {МПа}\-аас дээш өндөр дулаан уян харимхай стресс үүсгэдэг.
Олж авсан модуляцлагдсан стрессийн түвшин нь хатуу шингэний интерфэйс дээр ихээхэн нөлөө үзүүлдэг бөгөөд хатуурах замыг зохицуулах хяналтын механизм байж болно. Деформацийн бүсийн хэмжээ нь хайлах бүсийн хэмжээнээс 2-3 дахин их байна. Зураг 3-т үзүүлснээр хайлах изотермийн байршил ба уналтын түвшинтэй тэнцэх хүчдэлийн түвшин нь механик радиацын ачаалалтай харьцуулахад өндөр ачаалалтай байдаг. агшин зуурын хугацаанаас хамааран 300-аас \(800~\upmu \text {m}\) хооронд үр дүнтэй голчтой нутагшуулсан хэсгүүд.
Иймээс импульсийн лазерын нарийн төвөгтэй модуляц нь хэт авианы эффектийг бий болгодог. Хэт авианы ачаалалгүй SLM-тэй харьцуулахад бичил бүтцийг сонгох зам нь өөр өөр байдаг. Гэмтсэн тогтворгүй бүсүүд нь хатуу фазын үечилсэн шахалт болон суналтын мөчлөгт хүргэдэг. Тиймээс шинэ үр тарианы хил, дэд бүтцийн хил хязгаар үүсэх боломжтой. доор харуулсны дагуу зориудаар өөрчилсөн. Хүлээн авсан дүгнэлтүүд нь импульсийн модуляцаар өдөөгдсөн хэт авиан удирдлагатай SLM прототипийг зохион бүтээх боломжийг олгож байна. Энэ тохиолдолд өөр газар ашигласан пьезоэлектрик индуктор 26-г хасч болно.
(a) Даралт нь тэгш хэмийн тэнхлэгийн дагуу 0, 20 ба \(40~\upmu \text {m}\) гадаргуугаас өөр өөр зайд тооцоолсон цаг хугацааны функц болох.(b) Цаг хугацаанаас хамааралтай Вон Мизесийн стрессийг гадаргаас 70, 120 ба \(170~\upmu\t) зайд цул матрицад тооцсон.
Туршилтыг AISI 321H зэвэрдэггүй ган хавтан дээр \(20\ дахин 20\ дахин 5~\текст {мм}\) дээр хийсэн.Лазер импульс бүрийн дараа хавтан хөдөлж (50~\upmu \text {m}\), зорилтот гадаргуу дээрх лазер туяаны бэлхүүс нь ойролцоогоор \~м\\p {m\\u000 орчим байна. Үр тариаг боловсронгуй болгоход зориулж боловсруулсан материалыг дахин хайлуулахын тулд дараагийн цацрагийн дамжуулалтыг ижил замын дагуу гүйцэтгэдэг. Бүх тохиолдолд лазерын цацрагийн хэлбэлзлийн бүрэлдэхүүн хэсгээс хамааран дахин хайлсан бүсийг дуу авианы аргаар хийсэн. Үүний үр дүнд үр тарианы дундаж талбай 5 дахин багассан байна. Зураг 5-д бичил бүтэцтэй дэд бүтцийн тоо хэрхэн өөрчлөгдөж байгааг харуулж байна. дахин хайлуулах циклүүд (дамждаг).
Дэд график (a,d,g,j) ба (b,e,h,k) – лазер хайлсан мужуудын бичил бүтэц, дэд график (c,f,i,l) – өнгөт мөхлөгүүдийн талбайн тархалт. Сүүдэрлэх нь гистограммыг тооцоолоход хэрэглэгдэх бөөмсийг илэрхийлнэ. Өнгө нь үр тарианы хэсгүүдтэй тохирч байна (гистограмын дээд талд байгаа өнгөний мөрийг харна уу. Дэд график (ac) нь боловсруулаагүй зэвэрдэггүй гантай, дэд график (df), (gi), (jl) нь 1, 3, 5 дахин хайлмалтай тохирч байна.
Лазерын импульсийн энерги дараагийн дамжуулалтын хооронд өөрчлөгддөггүй тул хайлсан бүсийн гүн ижил байна. Иймээс дараагийн суваг нь өмнөх сувгийг бүрэн "бүрхэж" байна. Гэсэн хэдий ч гистограммаас харахад дундаж болон дундаж тарианы талбай нь дамжуулалтын тоо нэмэгдэх тусам буурч байгааг харуулж байна. Энэ нь лазер нь субстрат дээр ажиллахаас илүүтэйгээр үйлчилж байгааг харуулж магадгүй юм.
Үр тариа боловсронгуй болгох нь хайлсан усан санг хурдан хөргөхөөс үүдэлтэй байж болно65. Өөр нэг туршилтыг хийж, зэвэрдэггүй ган хавтангийн гадаргууг (321H ба 316L) агаар мандал (Зураг 6) ба вакуум дахь (Зураг 7) тасралтгүй долгионы лазерын цацрагт өртсөн. чөлөөт гүйлтийн горимд Nd:YAG лазерын туршилтын үр дүнтэй ойролцоо байна.Гэхдээ ердийн булчирхайлаг бүтэц ажиглагдсан.
Тасралтгүй долгионы лазерын лазераар хайлсан бүсийн бичил бүтэц (300 Вт тогтмол хүч, 200 мм/с скан хурд, AISI 321H зэвэрдэггүй ган).
(a) Тасралтгүй долгионы лазер (100 Вт тогтмол чадал, 200 мм/с скан хийх хурд, AISI 316L зэвэрдэггүй ган)\ (\sim 2~\text {mbar}\) бүхий вакуум дахь лазераар хайлсан бүсийн бичил бүтэц ба (б) электронуудын тархалтын дифракцийн зураг.
Тиймээс лазерын импульсийн эрчмийг нарийн төвөгтэй модуляцлах нь үүссэн микро бүтцэд ихээхэн нөлөө үзүүлдэг нь тодорхой харагдаж байна. Энэ нөлөө нь механик шинж чанартай бөгөөд дээжийн гүнд хайлмал цацрагийн гадаргуугаас тархсан хэт авианы чичиргээ үүсэхтэй холбоотой гэж бид үзэж байна. Үүнтэй төстэй үр дүнг 13, 26, 67636, 13, 26, 67636, 13, 26, 36, 36, 26, 26, 26, 26, 266 translectric-ууд болон 36-р саруудад translections ашиглан авсан. мөн Ti-6Al-4V хайлш 26, зэвэрдэггүй ган 34 зэрэг янз бүрийн материалд өндөр эрчимтэй хэт авиан шинжилгээг хийдэг sonotrodes. Боломжит механизмыг дараах байдлаар таамаглаж байна. Хүчтэй хэт авиан нь акустик хөндийг үүсгэж болзошгүйг хэт хурдан газар дээр нь харуулсан синхротрон рентген туяа нь долгионы долгионы бөмбөлгийг үүсгэдэг. хайлсан материал, урд талын даралт нь ойролцоогоор \(100~\текст {МПа}\)69 хүрдэг.Ийм цохилтын долгион нь бөөн шингэнд чухал хэмжээтэй хатуу фазын цөм үүсэхийг дэмжих хангалттай хүчтэй байж, давхаргын нэмэлт үйлдвэрлэлийн ердийн булчирхайлаг ширхэгийн бүтцийг эвдэж болно.
Энд бид эрчимтэй sonication ашиглан бүтцийн өөрчлөлтийг хариуцдаг өөр механизмыг санал болгож байна. Хатуужсаны дараа материал нь хайлах цэгийн ойролцоо өндөр температурт байдаг бөгөөд маш бага ундаргатай стресстэй байдаг. Хүчтэй хэт авианы долгион нь хуванцар урсгалыг үүсгэж, халуун, зүгээр л хатуурсан материалын үр тарианы бүтцийг өөрчлөх боломжтой. 1150~\text {K}\) (Зураг 8-г үзнэ үү). Иймээс бид энэхүү таамаглалыг шалгахын тулд хайлах цэгийн ойролцоо уналтын даралтын төлөвийг үнэлэхийн тулд AISI 316 L гантай төстэй Fe-Cr-Ni найрлагын молекул динамик (MD) симуляцийг хийсэн. 71, 72, 73. Атом хоорондын харилцан үйлчлэлийн тооцоололд бид 74-ийн суулгагдсан атомын загварыг (EAM) ашигласан. MD загварчлалыг LAMMPS код 75,76 ашиглан гүйцэтгэсэн. MD симуляцийн дэлгэрэнгүй мэдээллийг өөр газар нийтлэх болно. MD-ийн тооцооллын үр дүнг өгөөжийн температурын туршилтын үр дүнгийн хамт үзүүлэв. үнэлгээ77,78,79,80,81,82.
AISI 316 ангиллын аустенитик зэвэрдэггүй гангийн уналтын стресс ба MD загварчлалын температуртай харьцуулсан загварын найрлага. Лавлагаанаас авсан туршилтын хэмжилтүүд: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. (f)82 нь хүчдэлийн хэмжилтийн эмпирик хэмжилтийн загвар юм. лазерын тусламжтай нэмэлт үйлдвэрлэлийн явцад. Энэхүү судалгаанд хийсэн том хэмжээний MD загварчлалын үр дүнг Hall-Petch reext-ээр дамжуулан дундаж үр тарианы хэмжээг харгалзан согоггүй хязгааргүй дан талстыг \(\vartriangleft\), төгсгөлтэй ширхэгийн хувьд \(\vartriangleft\) гэж тэмдэглэсэн болно. {m}\).
\(T>1500~\text {K}\) үед уналтын ачаалал \(40~\текст {МПа}\)-аас доош бууж байгааг харж болно. Нөгөө талаас лазераар үүсгэгдсэн хэт авианы далайц нь \(40~\текст {МПа}\)-аас хэтэрнэ гэж тооцоолж байна (зөвхөн хуванцарыг халуулахад хангалттай урсах 4b зургийг үз).
SLM-ийн үед 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) аустенит зэвэрдэггүй гангийн бичил бүтэц үүсэхийг нарийн төвөгтэй эрчимжүүлсэн импульсийн лазерын эх үүсвэр ашиглан туршилтаар судалсан.
Лазер хайлах бүсэд үр тарианы хэмжээ багассан нь 1, 3, 5 дамжуулалтын дараа тасралтгүй лазераар дахин хайлсны улмаас илэрсэн.
Макроскопийн загварчлалаас харахад хэт авианы хэв гажилт нь хатуурах фронтод эерэгээр нөлөөлж болох бүсийн тооцоолсон хэмжээ нь \(1~\текст {мм}\ хүртэл байна.
Микроскопийн MD загвар нь AISI 316 аустенит зэвэрдэггүй гангийн уналтын бат бэх нь хайлах цэгийн ойролцоо \(40~\текст {МПа}\) болж мэдэгдэхүйц буурч байгааг харуулж байна.
Хүлээн авсан үр дүн нь нарийн төвөгтэй модуляцлагдсан лазер боловсруулалтыг ашиглан материалын бичил бүтцийг хянах аргыг санал болгож байгаа бөгөөд импульсийн SLM техникийн шинэ өөрчлөлтийг бий болгох үндэс суурь болж чадна.
Liu, Y. et al. Lazer сонгомол хайлуулах замаар in situ TiB2/AlSi10Mg нийлмэл материалын бичил бүтцийн хувьсал ба механик шинж чанарууд [J].J. Хайлш.нийлмэл.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. 316L зэвэрдэггүй ган [J] нь лазер сонгон хайлуулах дахин талстжилт үр тарианы хилийн инженерчлэл. Алма Матер сэтгүүл.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Чен, X. & Qiu, C. Лазер хайлсан титан хайлшийг лазераар дахин халаах замаар уян хатан чанар сайтай сэндвичний бичил бүтцийг in situ боловсруулах.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Ti-6Al-4V эд ангиудыг лазераар металл хуримтлуулах (LMD) аргаар нэмэлтээр үйлдвэрлэх: процесс, бичил бүтэц, механик шинж чанар.Ж. Хайлш.нийлмэл.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Alloy 718.Add to.maufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019)-ийн лазерын металлын нунтаг чиглэсэн энергийн хуримтлалын бичил бүтцийн загварчлал.
Busey, M. et al. Parametric Neutron Bragg Edge Imaging Study of Additively үйлдвэрлэсэн дээжийг Laser Shock Peening.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Ti-6Al-4V-ийн градиент микро бүтэц, механик шинж чанар, нэмэлтээр электрон туяа хайлуулах замаар үйлдвэрлэсэн. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).