Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт. Сез куллана торган браузер версиясендә CSS өчен чикләнгән ярдәм күрсәтелә. Иң яхшы тәҗрибә өчен, без сезгә яңартылган браузер кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'да туры килүчәнлек режимын сүндерегез). Шуңа кадәр, ярдәмне дәвам итү өчен, без сайтны стильләштермичә һәм JavaScriptсыз күрсәтәчәкбез.
Җитештерү процессында продуктларның микроструктурасын контрольдә тоту өчен сайлап алынган лазер эретүгә нигезләнгән яңа механизм тәкъдим ителә. Механизм эретелгән бассейнда катлаулы интенсивлык модуляцияләнгән лазер нурландыруы ярдәмендә югары интенсивлыклы ультратавыш дулкыннары генерациясенә нигезләнгән. Эксперименталь тикшеренүләр һәм санлы симуляцияләр бу идарә итү механизмының техник яктан мөмкин булуын һәм заманча сайлап алынган лазер эретү машиналарын проектлауга нәтиҗәле интеграцияләнергә мөмкинлеген күрсәтә.
Соңгы дистә елларда катлаулы формадагы детальләрне өстәмә җитештерү (ӘҖ) сизелерлек үсте. Шулай да, төрле өстәмә җитештерү процессларына, шул исәптән сайлап алынган лазер эретүенә (SLM)1,2,3, турыдан-туры лазер белән металл урнаштыру4,5,6, электрон нуры эретү7,8 һәм башкалар9,10 карамастан, детальләр дефектлы булырга мөмкин. Бу, нигездә, эретелгән бассейн катыру процессының югары җылылык градиентлары, югары суыту тизлеге һәм эретү һәм кабат эретү материалларында җылыту циклларының катлаулылыгы11 белән бәйле, бу эпитаксиаль бөртекләр үсешенә һәм сизелерлек мәсамәлелеккә китерә12,13. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, нечкә тигез күчәрле бөртек структураларына ирешү өчен җылылык градиентларын, суыту тизлекләрен һәм эретмә составын контрольдә тотарга, яки төрле үзенчәлекле тышкы кырлар аша өстәмә физик бәрелүләр кулланырга кирәк (мәсәлән, ультратавыш).
Күп санлы басмалар гадәти кою процессларында вибрация эшкәртүнең катыру процессына йогынтысы белән бәйле14,15. Ләкин, күпләп эретелгән эретмәләргә тышкы кыр куллану кирәкле материал микроструктурасын бирми. Әгәр сыек фазаның күләме кечкенә булса, вәзгыять кискен үзгәрә. Бу очракта, тышкы кыр катыру процессына сизелерлек йогынты ясый. Электромагнит эффектлары интенсив акустик кырлар16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, дугалы болгату28 һәм тирбәнеш29, импульслы плазма дугалары30,31 һәм башка ысуллар32 вакытында каралган. Тышкы югары интенсивлы ультратавыш чыганагы (20 кГц ешлыкта) кулланып субстратка беркетелә. Ультратавыш белән китереп чыгарылган бөртекләрне чистарту температура градиентының кимүе һәм кавитация аша яңа кристаллитлар булдыру өчен ультратавыш көчәюе аркасында составның суыту зонасының артуы белән бәйле.
Бу эштә без эретелгән бассейнны эретүче лазер үзе тудырган тавыш дулкыннары белән ультратавыш белән эшкәртеп, аустенитлы дат басмас корычларның бөртек структурасын үзгәртү мөмкинлеген тикшердек. Яктылыкны йотучы мохиткә төшкән лазер нурланышының интенсивлык модуляциясе материалның микроструктурасын үзгәртә торган ультратавыш дулкыннары барлыкка килүенә китерә. Лазер нурланышының бу интенсивлык модуляциясен гамәлдәге SLM 3D принтерларына җиңел интеграцияләргә мөмкин. Бу эштәге экспериментлар өслекләре интенсивлык модуляцияләнгән лазер нурланышына дучар ителгән дат басмас корыч пластиналарда үткәрелде. Шулай итеп, техник яктан лазер өслеген эшкәртү башкарыла. Ләкин, әгәр мондый лазер эшкәртү һәр катлам өслегендә катлам-катлам җыелу вакытында башкарылса, бөтен күләмгә яки күләмнең сайланган өлешләренә йогынты ясала. Башкача әйткәндә, әгәр деталь катлам-катлам төзелсә, һәр катламның лазер өслеген эшкәртү "лазер күләм эшкәртү"гә тиң.
УЗИ мөгезенә нигезләнгән ультратавыш терапиясендә торган тавыш дулкынының ультратавыш энергиясе компонент буенча тарала, ә лазер белән индукцияләнгән ультратавыш интенсивлыгы лазер нурланышы сеңгән нокта янында югары концентрацияләнгән. SLM порошок катламын эретү машинасында ультратавышны куллану катлаулы, чөнки лазер нурланышына дучар булган порошок катламының өске өслеге хәрәкәтсез калырга тиеш. Моннан тыш, детальнең өске өслегендә механик көчәнеш юк. Шуңа күрә акустик көчәнеш нульгә якын һәм кисәкчәләр тизлеге детальнең бөтен өске өслегендә максималь амплитудага ия. Эретелгән бассейн эчендәге тавыш басымы эретү башы тарафыннан барлыкка китерелгән максималь басымның 0,1% тан артып китә алмый, чөнки дат басмас корычта 20 кГц ешлыклы ультратавыш дулкыннарының дулкын озынлыгы \(\sim 0.3~\text {m}\), һәм тирәнлек гадәттә \(\sim 0.3~\text {mm}\ дан кимрәк. Шуңа күрә, УЗИның кавитациягә йогынтысы аз булырга мөмкин.
Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, интенсивлык модуляцияләнгән лазер нурланышын туры лазер металлын урнаштыруда куллану - актив тикшеренү өлкәсе 35,36,37,38.
Лазер нурланышының мохиткә төшкән җылылык эффекты материал эшкәртү өчен барлык лазер техникалары 39, 40 диярлек нигез булып тора, мәсәлән, кисү41, эретеп ябыштыру, катыру, бораулау42, өслекне чистарту, өслекне эретеп ябыштыру, өслекне ялтырату43 һ.б. Лазер уйлап табу материалларны эшкәртү техникасында яңа үсешләргә этәргеч бирде, һәм башлангыч нәтиҗәләр күп санлы рецензияләрдә һәм монографияләрдә 44, 45, 46 гомумиләштерелде.
Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, мохиткә теләсә нинди стационар булмаган тәэсир, шул исәптән йотучы мохиткә озак вакытлы тәэсир, анда акустик дулкыннарның азмы-күпме нәтиҗәлелек белән кузгатылуына китерә. Башта төп игътибар сыеклыклардагы дулкыннарны лазер белән кузгатуга һәм тавышның төрле җылылык кузгатуы механизмнарына (җылылык киңәюе, парга әйләнү, фаза күчүе вакытында күләм үзгәрүе, кысылу һ.б.) юнәлтелгән иде. Күпсанлы монографияләрдә50, 51, 52 бу процессның теоретик анализлары һәм аның мөмкин булган гамәли кулланылышлары бирелә.
Бу мәсьәләләр соңрак төрле конференцияләрдә тикшерелде, һәм ультратавышны лазер белән кузгату лазер технологияләренең сәнәгать кулланылышларында да, медицинада да кулланыла53. Шуңа күрә импульслы лазер нурының сеңдерүче мохиткә тәэсир итү процессының төп концепциясе булдырылган дип санарга мөмкин. Лазерлы ультратавыш тикшерүе SLM тарафыннан җитештерелгән үрнәкләрнең кимчелекләрен ачыклау өчен кулланыла55,56.
Лазер белән барлыкка китерелгән шок дулкыннарының материалларга йогынтысы лазер шок пинингының нигезе булып тора57,58,59, ул шулай ук ​​өстәмә рәвештә җитештерелгән детальләрнең өслеген эшкәртү өчен дә кулланыла60. Ләкин, лазер шок көчәйтүе наносекундлы лазер импульсларында һәм механик йөкләнгән өслекләрдә (мәсәлән, сыеклык катламы белән)59 иң нәтиҗәле, чөнки механик йөкләү пик басымын арттыра.
Катыланган материалларның микроструктурасына төрле физик кырларның мөмкин булган йогынтысын тикшерү өчен экспериментлар үткәрелде. Эксперименталь җайланманың функциональ схемасы 1 нче рәсемдә күрсәтелгән. Ирекле эшләү режимында эшләүче импульслы Nd:YAG каты халәтле лазер кулланылды (импульс озынлыгы \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) . Һәр лазер импульсы нейтраль тыгызлык фильтрлары сериясе һәм нур бүлгеч пластина системасы аша үткәрелә. Нейтраль тыгызлык фильтрлары комбинациясенә карап, максаттагы импульс энергиясе \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) дан \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) га кадәр үзгәрә. Нур бүлгечтән чагылган лазер нуры бер үк вакытта мәгълүмат алу өчен фотодиодка бирелә, һәм максатка төшкән һәм аннан чагылган нурны билгеләү өчен ике калориметр (озын җавап вакыты \(1~\text {ms}\) дан артык булган фотодиодлар), һәм ике көч үлчәгеч (кыска җаваплы фотодиодлар) кулланыла. Төшкән һәм чагылган оптик көчне билгеләү өчен вакытлар\(<10~\text {ns}\)). Калориметрлар һәм көч үлчәгечләре Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 термопил детекторы һәм үрнәк урынына урнаштырылган диэлектрик көзге ярдәмендә абсолют берәмлекләрдә кыйммәтләр бирү өчен калибрланган. Нурны максатка линза ярдәмендә (чагылышка каршы каплау \(1.06 \upmu \text {m}\), фокус аралыгы \(160~\text {mm}\)) һәм максат өслегендәге нур билен 60– \(100~\upmu\text {m}\) кулланып юнәлтегез.
Эксперименталь җайланманың функциональ схемасы: 1—лазер; 2—лазер нуры; 3—нейтраль тыгызлык фильтры; 4—синхронлаштырылган фотодиод; 5—нур бүлгеч; 6—диафрагма; 7—түшкән нурның калориметры; 8—чагылган нурның калориметры; 9—түшкән нурның көч үлчәгече; 10—чагылган нурның көч үлчәгече; 11—фокуслаучы линза; 12—көзге; 13—үрнәк; 14—киң полосалы пьезоэлектрик үзгәрткеч; 15—2D үзгәрткеч; 16—позицияләү микроконтроллеры; 17—синхронлаштыру блогы; 18—төрле үрнәк алу ешлыгы белән күп каналлы цифрлы җыю системасы; 19—шәхси компьютер.
Ультратавыш эшкәртү түбәндәгечә башкарыла. Лазер ирекле эшләү режимында эшли; шуңа күрә лазер импульсының озынлыгы �(tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) тәшкил итә, ул һәрберсе якынча �(1,5~\upmu \text {s}\) озынлыктагы берничә озынлыктан тора. Лазер импульсының вакыт формасы һәм аның спектры түбән ешлыклы тышлыктан һәм югары ешлыклы модуляциядән тора, уртача ешлыгы якынча �(0,7~\text {MHz}\), 2 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә. - Ешлык тышлыгы материалның җылынуын һәм аннан соң эрүен һәм парга әйләнүен тәэмин итә, ә югары ешлыклы компонент фотоакустик эффект аркасында ультратавыш тибрәнүләрен тәэмин итә. Лазер тарафыннан барлыкка китерелгән ультратавыш импульсының дулкын формасы, нигездә, лазер импульсы интенсивлыгының вакыт формасы белән билгеләнә. Ул \(7~\text {kHz}\) тан \(2~\text {MHz}\) ка кадәр, ә үзәк ешлык \(~ 0.7~\text {MHz}\). Фотоакустик эффект аркасында акустик импульслар поливинилиден фторид пленкаларыннан ясалган киң полосалы пьезоэлектрик үзгәрткечләр ярдәмендә теркәлгән. Теркәлгән дулкын формасы һәм аның спектры 2 нче рәсемдә күрсәтелгән. Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, лазер импульсларының формасы ирекле эшләүче лазерга хас.
Лазер импульсы интенсивлыгының (а) һәм тавыш тизлегенең үрнәкнең арткы өслегендә (b) вакыт бүленеше, лазер импульсы (в) һәм ультратавыш импульсы (d) спектрлары бер лазер импульсы өчен уртача 300 лазер импульсы (кызыл сызык) буенча исәпләнгән (зәңгәр сызык).
Без акустик эшкәртүнең түбән ешлыклы һәм югары ешлыклы компонентларын лазер импульсының түбән ешлыклы тышлыгына һәм югары ешлыклы модуляциягә туры килә торганнарын ачык аера алабыз. Лазер импульс тышлыгы тарафыннан барлыкка китерелгән акустик дулкыннарның дулкын озынлыгы \(40~\text {см}\ тан артып китә; шуңа күрә акустик сигналның киң полосалы югары ешлыклы компонентларының микроструктурага төп йогынтысы көтелә.
SLMдагы физик процесслар катлаулы һәм төрле киңлек һәм вакыт масштабларында бер үк вакытта бара. Шуңа күрә, SLMның теоретик анализы өчен күп масштаблы ысуллар иң кулай. Математик модельләр башта күп физик булырга тиеш. Аннары инерт газ атмосферасы белән үзара бәйләнештә булган күп фазалы мохит "каты-сыек эремә"нең механикасы һәм термофизикасы нәтиҗәле рәвештә тасвирланырга мөмкин. SLMдагы материалларның термик йөкләнешләренең үзенчәлекләре түбәндәгечә.
Җирле лазер нурланышы аркасында җылыту һәм суыту тизлеге \(10^{13}~\text {W} см}^2\) кадәр, көч тыгызлыгы \(10^{6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ кадәр.
Эрү-кату циклы 1 дән 10 мс га кадәр дәвам итә, бу суыту вакытында эрү зонасының тиз катыюына ярдәм итә.
Үрнәк өслеген тиз җылыту өслек катламында югары термоэластик көчәнешләр барлыкка килүгә китерә. Порошок катламының җитәрлек өлеше (20% ка кадәр) көчле парга әйләнә63, бу лазер абляциясенә җавап итеп өслеккә өстәмә басым йөкләмәсенә китерә. Нәтиҗәдә, индукцияләнгән деформация деталь геометриясен сизелерлек боза, бигрәк тә терәкләр янында һәм нечкә структура элементларында. Импульслы лазер белән җылытудагы югары җылыту тизлеге өслектән субстратка таралучы ультратавыш деформация дулкыннары барлыкка килүенә китерә. Локаль көчәнеш һәм деформация таралышы турында төгәл санлы мәгълүматлар алу өчен, җылылык һәм масса күчерү белән бәйле эластик деформация мәсьәләсенең мезоскопик симуляциясе башкарыла.
Модельнең идарә итүче тигезләмәләренә түбәндәгеләр керә: (1) җылылык үткәрүчәнлеге фаза халәтенә (порошок, эретмә, поликристалл) һәм температурага бәйле булган тотрыксыз җылылык тапшыру тигезләмәләре, (2) континуум абляциядән соң эластик деформациядәге тирбәнешләр һәм термоэластик киңәю тигезләмәсе. Чик кыйммәте мәсьәләсе эксперименталь шартлар белән билгеләнә. Модуляцияләнгән лазер агымы үрнәк өслегендә билгеләнә. Конвектив суыту үткәргеч җылылык алмашуын һәм парга әйләнү агымын үз эченә ала. Масса агымы парга әйләнүче материалның туендырылган пар басымын исәпләү нигезендә билгеләнә. Эластопластик көчәнеш-деформация мөнәсәбәте кулланыла, анда термоэластик көчәнеш температура аермасына пропорциональ. Эффектив нур диаметрының номиналь көче \(300~\text {W}\), ешлыгы \(10^5~\text {Hz}\), өзеклекле коэффициент 100 һәм \(200~\upmu \text {m}\) өчен.
3 нче рәсемдә макроскопик математик модель кулланып эретелгән зонаның санлы симуляция нәтиҗәләре күрсәтелгән. Эретү зонасының диаметры √(200~\upmu \text {m}) (√(100~\upmu \text {m}) радиусы) һәм √(40~\upmu \text {m}) тирәнлеккә ия. Симуляция нәтиҗәләре күрсәткәнчә, өслек температурасы импульс модуляциясенең югары өзлекле коэффициенты аркасында локаль рәвештә √(100~\text {K}) үзгәрә. Җылыту һәм суыту тизлекләре √(10^7) һәм √(10^6~\text {K}/√(s}) тәртибендә. Бу кыйммәтләр безнең алдагы анализ белән яхшы туры килә64. √(V_h) һәм √(V_c) арасындагы зурлык аермасы өслек катламының тиз кызуына китерә, анда субстратка җылылык үткәрүчәнлеге җылылыкны бетерү өчен җитәрлек түгел. Шуңа күрә, √(t=26~\upmu) вакытында \text {s}\) өслек температурасы \(4800~\text {K}\) кадәр күтәрелә. Материалның көчле парга әйләнүе үрнәк өслегенең артык басымга дучар ителүенә һәм коелып төшүенә китерергә мөмкин.
316L үрнәк пластинасында бер лазер импульсы белән эретү зонасының санлы симуляция нәтиҗәләре. Импульс башыннан эретелгән бассейн тирәнлегенә кадәр максималь кыйммәткә җиткән вакыт \(180~\upmu\text {s}\). Изотерма \(T = T_L = 1723~\text {K}\) сыек һәм каты фазалар арасындагы чикне күрсәтә. Изобаралар (сары сызыклар) киләсе бүлектә температура функциясе буларак исәпләнгән агып китү көчәнешенә туры килә. Шуңа күрә, ике изосызык арасындагы өлкәдә (изотермалар \(T=T_L\) һәм изобаралар \(sigma =\sigma_V(T)\)) каты фаза көчле механик йөкләнешләргә дучар була, бу микроструктурада үзгәрешләргә китерергә мөмкин.
Бу эффект 4a рәсемдә аңлатыла, анда эретелгән зонадагы басым дәрәҗәсе вакыт һәм өслектән ераклык функциясе буларак күрсәтелгән. Беренчедән, басым үз-үзен тотышы югарыдагы 2 нче рәсемдә сурәтләнгән лазер импульс интенсивлыгының модуляциясе белән бәйле. Якынча 10 МПа максималь басым якынча 26 м/с булганда күзәтелде. Икенчедән, контроль ноктасында җирле басым тирбәнеше 500 кГц ешлыгы белән бер үк тирбәнеш үзенчәлекләренә ия. Бу өслектә ультратавыш басым дулкыннары барлыкка килә һәм аннары субстратка тарала дигән сүз.
Эрү зонасы янындагы деформация зонасының исәпләнгән характеристикалары 4b рәсемдә күрсәтелгән. Лазер абляциясе һәм термоэластик көчәнеш субстратка таралучы эластик деформация дулкыннарын барлыкка китерә. Рәсемнән күренгәнчә, көчәнеш барлыкка килүнең ике этабы бар. t < 40~\upmu \text {s}\ беренче фазасында, Мизес көчәнеше өслек басымына охшаш модуляция белән 8~\text {MPa}\ кадәр күтәрелә. Бу көчәнеш лазер абляциясе аркасында барлыкка килә, һәм контроль нокталарда термоэластик көчәнеш күзәтелмәде, чөнки башлангыч җылылык тәэсир иткән зона бик кечкенә иде. Җылылык субстратка таралганда, контроль ноктасы 40~\text {MPa}\\ дән югарырак термоэластик көчәнеш барлыкка китерә.
Алынган модуляцияләнгән көчәнеш дәрәҗәләре каты матдә-сыеклык чикләренә сизелерлек йогынты ясый һәм катылану юлын көйләүче контроль механизмы булырга мөмкин. Деформация зонасының зурлыгы эрү зонасыннан 2-3 тапкыр зуррак. 3 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, эрү изотермасының урнашуы һәм агып чыгу көчәнешенә тигез булган көчәнеш дәрәҗәсе чагыштырыла. Бу импульслы лазер нурланышы локальләшкән зоналарда югары механик йөкләнешләр бирә дигән сүз, аларның эффектив диаметры 300 дән 800 м га кадәр, шул ук вакыттагы вакытка карап.
Шуңа күрә, импульслы лазер белән җылытуның катлаулы модуляциясе ультратавыш эффектына китерә. Микроструктура сайлау юлы ультратавыш йөкләнеше булмаган SLM белән чагыштырганда аерылып тора. Деформацияләнгән тотрыксыз өлкәләр каты фазада кысылу һәм сузылуның периодик циклларына китерә. Шулай итеп, яңа бөртек чикләре һәм бөртек асты чикләре формалашуы мөмкин була. Шуңа күрә, түбәндә күрсәтелгәнчә, микроструктура үзенчәлекләрен махсус үзгәртергә мөмкин. Алынган нәтиҗәләр импульс модуляциясе белән индукцияләнгән ультратавыш белән идарә ителә торган SLM прототипын эшләү мөмкинлеген бирә. Бу очракта, башка җирдә кулланылган пьезоэлектрик индуктор 26 чыгарылырга мөмкин.
(a) Басым вакыт функциясе буларак, симметрия күчәре буенча 0, 20 һәм 40 м өслектән төрле ераклыкта исәпләнгән.(b) Вакытка бәйле Вон. Үрнәк өслегеннән 70, 120 һәм 170 м ераклыкта каты матрицада исәпләнгән көчәнеш.
Экспериментлар AISI 321H дат басмас корыч пластиналарында (20 тапкыр 20 тапкыр 5 мм) үлчәмнәрендә үткәрелде. Һәр лазер импульсыннан соң пластина (50 м) хәрәкәт итә, һәм максат өслегендәге лазер нурының билбавы якынча (100 м) тәшкил итә. Эшкәртелгән материалны бөртекләрне эшкәртү өчен кабат эретү өчен бер үк юл буйлап биш нурга кадәр алга таба үтү башкарыла. Барлык очракларда да, лазер нурланышының тирбәнеш компонентына карап, кабат эретелгән зона ультратавыш белән эшкәртелде. Бу уртача бөртек мәйданын 5 тапкырдан артык киметүгә китерә. 5 нче рәсемдә лазер белән эретелгән өлкәнең микроструктурасы аннан соңгы кабат эретү цикллары (үткәрүләре) саны белән ничек үзгәрүе күрсәтелгән.
(a,d,g,j) һәм (b,e,h,k) өстәмә графиклары – лазер эретелгән өлкәләрнең микроструктурасы, (c,f,i,l) өстәмә графиклары – төсле бөртекләрнең мәйдан бүленеше. Күләгәләү гистограмманы исәпләү өчен кулланылган кисәкчәләрне күрсәтә. Төсләр бөртек өлкәләренә туры килә (гистограмманың өске өлешендәге төс тактасын карагыз. (ac) өстәмә графиклары эшкәртелмәгән дат басмас корычка, ә (df), (gi), (jl) өстәмә графиклары 1, 3 һәм 5 кабат эретүгә туры килә.
Лазер импульс энергиясе аннан соңгы үтүләр арасында үзгәрмәгәнлектән, эрегән зонаның тирәнлеге бер үк. Шулай итеп, аннан соңгы канал алдагысын тулысынча "каплый". Ләкин гистограмма уртача һәм медиана бөртек мәйданының үтүләр саны арткан саен кими баруын күрсәтә. Бу лазерның эремәгә түгел, ә субстратка тәэсир итүен күрсәтергә мөмкин.
Бөртекләрнең чистартылуы эретелгән бассейнның тиз суынуы аркасында килеп чыгарга мөмкин65. Тагын бер тәҗрибәләр җыелмасы үткәрелде, аларда дат басмас корыч пластиналарның (321H һәм 316L) өслекләре атмосферада (6 нчы рәсем) һәм вакуумда (7 нче рәсем) өзлексез дулкын лазер нурланышына дучар ителде. Уртача лазер көче (тиешле рәвештә 300 Вт һәм 100 Вт) һәм эретелгән бассейн тирәнлеге Nd:YAG лазерының ирекле эшләү режимындагы эксперименталь нәтиҗәләренә якын. Шулай да, типик багана структурасы күзәтелде.
Өзлексез дулкын лазерының лазер белән эретелгән өлкәсенең микроструктурасы (300 Вт даими көч, 200 мм/с сканерлау тизлеге, AISI 321H дат басмас корыч).
(а) Микроструктура һәм (б) вакуумда өзлексез дулкын лазеры (100 Вт даими көч, 200 мм/с сканерлау тизлеге, AISI 316L дат басмас корыч) белән лазер белән эретелгән өлкәнең электроннарның кире таралу дифракциясе рәсемнәре (\sim 2~\text {mbar}\).
Шуңа күрә, лазер импульс интенсивлыгының катлаулы модуляциясе барлыкка килгән микроструктурага сизелерлек йогынты ясавы ачык күрсәтелгән. Без бу эффектның механик характерда булуына һәм эремәнең нурландырылган өслегеннән үрнәк эченә тирән таралучы ультратавыш тибрәнүләре барлыкка килү сәбәпле барлыкка килүен саныйбыз. Шундый ук нәтиҗәләр 13, 26, 34, 66, 67 нче мәкаләләрдә тышкы пьезоэлектрик үзгәрткечләр һәм сонотродлар кулланып алынган, алар төрле материалларда, шул исәптән Ti-6Al-4V эретмәсе 26 һәм дат басмас корыч 34, югары интенсивлыклы ультратавыш бирә. Мөмкин булган механизм түбәндәгечә фаразлана. Көчле ультратавыш акустик кавитациягә китерергә мөмкин, бу ультра тиз in situ синхротрон рентген сурәтләүдә күрсәтелгән. Кавитация күбекләренең җимерелүе, үз чиратында, эретелгән материалда шок дулкыннары барлыкка китерә, аларның алгы басымы якынча 100 ~ \text {MPa} \)69 га җитә. Мондый шок дулкыннары күп күләмле сыеклыкларда критик зурлыктагы каты фазалы төшләр барлыкка килүенә ярдәм итәрлек көчле булырга мөмкин, бу типик колоннасыман бөртек структурасын боза. катлам-катлам өстәмәләр җитештерү.
Монда без интенсив соникация ярдәмендә структураны үзгәртү өчен җаваплы булган тагын бер механизм тәкъдим итәбез. Катыудан соң шунда ук, материал эрү ноктасына якын югары температурада була һәм бик түбән агып китү көчәнешенә ия. Көчле ультратавыш дулкыннары пластик агымның кайнар, яңа гына катып калган материалның бөртек структурасын үзгәртүенә китерергә мөмкин. Ләкин агып китү көчәнешенең температурага бәйлелеге турында ышанычлы эксперименталь мәгълүматлар (T\lessim 1150~\text {K}\) адресында бар (8 нче рәсемне карагыз). Шуңа күрә, бу гипотезаны тикшерү өчен, без эрү ноктасы янындагы агып китү көчәнешен бәяләү өчен AISI 316 L корычына охшаш Fe-Cr-Ni составының молекуляр динамикасын (MD) симуляцияләдек. Акып китү көчәнешен исәпләү өчен, без 70, 71, 72, 73 нче битләрдә җентекләп тасвирланган MD кисү көчәнешен релаксацияләү ысулын кулландык. Атомара үзара бәйләнеш исәпләүләре өчен без 74 нче биттән кертелгән атом моделен (EAM) кулландык. MD симуляцияләре LAMMPS кодлары 75, 76 кулланып башкарылды. MD симуляцияләре турында мәгълүмат бастырылачак. башка җирдә. Температура функциясе буларак, агым стрессының MD исәпләү нәтиҗәләре 8 нче рәсемдә, мөмкин булган эксперименталь мәгълүматлар һәм башка бәяләүләр белән бергә күрсәтелгән77,78,79,80,81,82.
AISI 316 класслы аустенит дат басмас корыч өчен агым көчәнеше һәм MD симуляцияләре өчен модель составы температурага карата. Сылтамалардан алынган эксперименталь үлчәүләр: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. карагыз. (f)82 - лазер ярдәмендә өстәмә җитештерү вакытында сызык эчендәге көчәнешне үлчәү өчен агым көчәнеше-температурага бәйлелекнең эмпирик моделе. Бу тикшеренүдә зур масштаблы MD симуляцияләре нәтиҗәләре, Холл-Петч мөнәсәбәте Dimensions\(d = 50~\upmu \text {m}\) аша уртача бөртек зурлыгын исәпкә алып, чикле бөртекләр өчен \(\vartriangleright\) дип билгеләнә.
Күренгәнчә, \(T>1500~\text {K}\) булганда, агып чыгу көчәнеше \(40~\text {MPa}\) түбән төшә. Икенче яктан, исәпләүләр лазер белән генерацияләнгән ультратавыш амплитудасының \(40~\text {MPa}\) артуын фаразлый (4b рәсемне карагыз), бу яңа гына катып калган кайнар материалда пластик агымны китереп чыгару өчен җитәрлек.
SLM вакытында 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) аустенитлы дат басмас корычның микроструктурасы формалашуы катлаулы интенсивлык модуляцияләнгән импульслы лазер чыганагы ярдәмендә эксперименталь рәвештә тикшерелде.
Лазер эрү зонасында бөртек зурлыгының кимүе 1, 3 яки 5 тапкыр үткәннән соң лазер белән өзлексез кабат эретү аркасында ачыкланды.
Макроскопик модельләштерү күрсәткәнчә, ультратавыш деформациясе катыру фронтына уңай йогынты ясый ала торган өлкәнең якынча зурлыгы \(1~\text {mm}\) кадәр.
Микроскопик MD моделе күрсәткәнчә, AISI 316 аустенитлы дат басмас корычның акрынлык ныклыгы эрү температурасы янында \(40~\text {MPa}\) кадәр сизелерлек дәрәҗәдә кими.
Алынган нәтиҗәләр катлаулы модуляцияләнгән лазер эшкәртү ярдәмендә материалларның микроструктурасын контрольдә тоту ысулын тәкъдим итә һәм импульслы SLM техникасының яңа модификацияләрен булдыру өчен нигез булып хезмәт итә ала.
Liu, Y. һ.б. Лазер сайлап эретү ысулы белән in situ TiB2/AlSi10Mg композитларының микроструктур эволюциясе һәм механик үзлекләре [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Гао, С. һ.б. 316L дат басмас корычны лазер белән сайлап эретүнең бөртек чикләрен яңадан кристаллаштыру инженериясе [J]. Journal of Alma Mater. 200, 366–377. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Лазер белән эретелгән титан эретмәләрен лазер белән җылыту юлы белән сыгылучанлыгы арттырылган сэндвич микроструктураларын in situ эшләү. фән. Rep. 10, 15870. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Азарния, А. һ.б. Ti-6Al-4V детальләрен лазерлы металл чөктү (LMD) ысулы белән өстәмә җитештерү: процесс, микроструктура һәм механик үзлекләр. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Кумара, К. һ.б. 718 эретмәсен лазер металл порошогы белән энергия белән урнаштыруның микроструктур модельләштерүе. Өстәү. җитештерү.25, 357–364. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. һ.б. Лазер шок белән эшкәртү ярдәмендә өстәмә рәвештә җитештерелгән үрнәкләрнең параметрик нейтронлы Брэгг кырыйларын сурәтләү тикшеренүе.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Тан, Х. һ.б. Электрон нур эретү юлы белән өстәмә рәвештә җитештерелгән Ti-6Al-4V градиент микроструктурасы һәм механик үзлекләре. Alma Mater Journal.97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).