Энергетические условия

<20 21 222324 25 26 >

Лазерная обработка материалов основана на возможности лазерного излучения создавать на малом участке поверхности высокие плотности теплового потока, необходимые для интенсивного нагрева или расплавления практически любого материала. При воздействии на поверхность обрабатываемых металлов и сплавов лазерное излучение частично отражается от неё, а остальной поток излучения проникает на незначительную глубину. Эта энергия лазерного излучения практически полностью поглощается электронами в приповерхностном слое толщиной 10^-6…10^-7 м. Вследствие этого резко повышается электронная температура Т_е, тогда как температура кристаллической решётки Т_i остаётся незначительной. Интенсивность отражения лазерного излучения при воздействии на поверхность твёрдого тела определяется коэффициентном отражения, зависящим от материала и длины волны излучения. В табл. представлены значения коэффициентов отражения, при нормальном падении луча и при комнатной температуре. Таблица

Характеристика лазера	Коэффициент отражения при комнатной температуре
активное вещество	длина волны излучения, мкм	Au	Cr	Ag	Ni
Ar	0,488	0,415	0,437	0,952	0,597
Рубин	0,694	0,930	0,831	0,961	0,676
ИАГ-Nd	1,064	0,981	0,901	0,964	0,741
СО₂	10,6	0,975	0,984	0,989	0,942

Из данных таблицы следует, что наиболее высоким коэффициентом отражения характеризуется воздействие излучения технологически перспективных СО₂ - лазеров. Высокий уровень отражения создает на первый взгляд бесперспективную ситуацию с возможностью использования СО₂-излучения для обработки металлов. Однако решающим обстоятельством является увеличение поглощательной способности с ростом температуры обрабатываемой поверхности.

Решающим фактором, определяющим эффективность лазерного излучения металлами, является состояние поверхности. С ростом оксидной плёнки на поверхности металла коэффициент поглощения СО₂-излучения возрастает в несколько раз. На практике же не всегда оправдана технологическая операция увеличения шероховатости поверхности с целью повышения эффективности лазерной обработки. При поверхностной обработке более целесообразно нанесение покрытий для увеличения эффективности поглощения лазерного излучения, в особенности при обработке гладких шлифованных поверхностей.

При выборе покрытия следует руководствоваться рядом условий, среди которых основным является высокая поглощательная способность покрытия. Покрытие должно быть простым в изготовлении, дешёвым, легко наносимым на поверхность, обладать высокой адгезионной способностью, не токсичным и стабильным при хранении. Кроме этого, покрытие должно обладать достаточно высокой температурой плавления и испарения, а также высокой теплопроводностью для обеспечения подвода энергии к обрабатываемому металлу.
Обычно на практике находят применения различные типы покрытий, так как не предложено универсального покрытия, удовлетворяющего в равной степени основным требованиям.

Типы покрытий

Химические: применяются в промышленности для увеличения коррозионной стойкости. Из технологических процессов для нанесения покрытий можно отметить воронение, сульфидирование, анодирование и фосфатирование. Чаще всего при лазерной термообработке используют последний - фосфатирование.

Углеродистые: сажа, коллоидные растворы графита или сажи в ацетоне, уайт-спирите и других растворителях. Эти покрытия неравномерны по толщине и имеют слабую адгезию с поверхностью.

Лакокрасочные: водоэмульсионные краски, гуаши, туши, грунтовки. При лазерной термообработке наибольшее применение нашли краски либо на основе углерод (чёрные), либо на основе оксидов (цветные). Также для лазерной термообработки разработаны специальные аэрозольные краски, содержащие: пигменты, плёнкообразователи, пластификатор, растворители.
Водорастворимые краски: эти краски специально разработаны для лазерной термообработки. Эти краски содержат компоненты, обладающие высокой поглощательной способностью: силикат натрия, оксид цинка, метил целлюлозу, а также поверхностно-активные вещества. После лазерной термообработки обработки покрытие легко смывается водой.
Порошки металлов или оксидов: медь, вольфрам, титан, кремний. Дисперсность напыляемых частиц при этом имеет размер коло 10 мкм.