გმადლობთ, რომ ეწვიეთ Nature.com-ს. ბრაუზერის ვერსიას, რომელსაც იყენებთ, აქვს შეზღუდული მხარდაჭერა CSS-ისთვის. საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში). ამასობაში, მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ გამოვაჩენთ საიტს სტილისა და JavaScript-ის გარეშე.
შემოთავაზებულია ახალი მექანიზმი, რომელიც დაფუძნებულია სელექციურ ლაზერულ დნობაზე, რათა აკონტროლოს პროდუქტების მიკროსტრუქტურა წარმოების პროცესში. მექანიზმი ეყრდნობა მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღების წარმოქმნას გამდნარ აუზში რთული ინტენსივობით მოდულირებული ლაზერული დასხივების გზით. ექსპერიმენტული კვლევები და რიცხვითი სიმულაციები აჩვენებს, რომ ეს კონტროლის თანამედროვე მექანიზმი შეიძლება იყოს ტექნიკურად შერჩეული და ტექნიკურად შერჩეული მართვის მექანიზმი. .
რთული ფორმის ნაწილების დანამატის წარმოება (AM) მნიშვნელოვნად გაიზარდა ბოლო ათწლეულების განმავლობაში. თუმცა, დანამატების წარმოების პროცესის მრავალფეროვნების მიუხედავად, მათ შორის შერჩევითი ლაზერული დნობის (SLM)1,2,3, ლითონის პირდაპირი ლაზერული დეპონირება4,5,6, ელექტრონული სხივის დნობა7,8 და სხვები9,10, ეს შეიძლება დაკავშირებული იყოს მყარი პროცესის მაღალი სპეციფიკური მახასიათებლებით. თერმული გრადიენტები, მაღალი გაგრილების სიჩქარე და გათბობის ციკლების სირთულე მასალის დნობისა და დნობისას 11, რაც იწვევს მარცვლის ეპიტაქსიურ ზრდას და მნიშვნელოვან ფორიანობას.12,13 აჩვენა, რომ აუცილებელია თერმული გრადიენტების, გაგრილების სიჩქარის და შენადნობის შემადგენლობის კონტროლი, ან დამატებითი ფიზიკური დარტყმების გამოყენება სხვადასხვა თვისებების გარე ველებით, როგორიცაა ულტრაბგერითი, რათა მივაღწიოთ წვრილი ეკვაქსიური მარცვლის სტრუქტურებს.
მრავალი პუბლიკაცია ეხება ვიბრაციული დამუშავების გავლენას გამაგრების პროცესზე ჩვეულებრივი ჩამოსხმის პროცესებში14,15. თუმცა, გარე ველის გამოყენება ნაყარი დნობისთვის არ იძლევა სასურველ მატერიალურ მიკროსტრუქტურას. თუ თხევადი ფაზის მოცულობა მცირეა, სიტუაცია მკვეთრად იცვლება. ამ შემთხვევაში, გარე ველი მნიშვნელოვნად მოქმედებს გამაგრების ველზე. გათვალისწინებულია 23,24,25,26,27, რკალის მორევა28 და რხევა29, ელექტრომაგნიტური ეფექტები იმპულსური პლაზმური რკალების დროს30,31 და სხვა მეთოდები32. სუბსტრატზე მიმაგრება გარე მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი წყაროს გამოყენებით (20 kHz-ზე). ტემპერატურის გრადიენტი და ულტრაბგერითი გაძლიერება ახალი კრისტალების წარმოქმნის მიზნით კავიტაციის გზით.
ამ ნამუშევარში ჩვენ გამოვიკვლიეთ აუსტენიტური უჟანგავი ფოლადების მარცვლოვანი სტრუქტურის შეცვლის შესაძლებლობა გამდნარი აუზის გაჟღერებით ხმოვანი ტალღებით, რომლებიც წარმოიქმნება თავად დნობის ლაზერის მიერ. ლაზერული გამოსხივების ინტენსივობის მოდულაცია სინათლის შთამნთქმელ საშუალებებზე იწვევს ულტრაბგერითი ტალღების წარმოქმნას, რაც ადვილად ცვლის არსებული ლაზერული მასალის მიკროსტრუქტურას. 3D პრინტერები. ამ ნამუშევარში ექსპერიმენტები ჩატარდა უჟანგავი ფოლადის ფირფიტებზე, რომელთა ზედაპირები ექვემდებარებოდა ინტენსივობით მოდულირებული ლაზერის გამოსხივებას. ასე რომ, ტექნიკურად კეთდება ლაზერული ზედაპირის დამუშავება. თუმცა, თუ ასეთი ლაზერული დამუშავება კეთდება ყოველი ფენის ზედაპირზე, ფენა-ფენა ადიდების დროს, ეფექტი მიიღწევა მთელ მოცულობაზე ან ლაზერული ფენის შერჩეულ ნაწილზე. ფენა უდრის „ლაზერული მოცულობის დამუშავებას“.
მაშინ როცა ულტრაბგერითი რქაზე დაფუძნებული ულტრაბგერითი თერაპიისას დგას ხმის ტალღის ულტრაბგერითი ენერგია ნაწილდება მთელ კომპონენტზე, ხოლო ლაზერით გამოწვეული ულტრაბგერითი ინტენსივობა ძალიან კონცენტრირებულია იმ წერტილთან, სადაც შეიწოვება ლაზერული გამოსხივება. აკუსტიკური სტრესი ნაწილის ზედა ზედაპირზე. ამიტომ, აკუსტიკური სტრესი ახლოს არის ნულთან და ნაწილაკების სიჩქარეს აქვს მაქსიმალური ამპლიტუდა ნაწილის მთელ ზედა ზედაპირზე. ხმოვანი წნევა მთელ გამდნარ აუზში არ უნდა აღემატებოდეს შედუღების თავის მიერ წარმოქმნილი მაქსიმალური წნევის 0,1%-ს, რადგან ულტრაბგერითი ტალღების სიგრძე არის ულტრაბგერითი ტალღების სიგრძე ულტრაბგერითი ტალღების სიგრძეა ულტრაბგერითი ტალღების სიგრძე {. სიღრმე ჩვეულებრივ ნაკლებია \(\sim 0.3~\text {mm}\). ამიტომ, ულტრაბგერითი ეფექტი კავიტაციაზე შეიძლება იყოს მცირე.
უნდა აღინიშნოს, რომ ინტენსივობით მოდულირებული ლაზერული გამოსხივების გამოყენება ლაზერული ლითონის პირდაპირ დეპონირებაში არის კვლევის აქტიური სფერო35,36,37,38.
ლაზერული გამოსხივების თერმული ზემოქმედება გარემოზე ეფუძნება თითქმის ყველა მასალის დამუშავების ლაზერულ ტექნიკას 39, 40, როგორიცაა ჭრა 41, შედუღება, გამკვრივება, ბურღვა 42, ზედაპირის გაწმენდა, ზედაპირის შენადნობი, ზედაპირის გასაპრიალებელი 43 და ა.შ.
უნდა აღინიშნოს, რომ გარემოზე ნებისმიერი არასტაციონარული მოქმედება, მათ შორის შთამნთქმელ გარემოზე ლაზინგური მოქმედება, იწვევს მასში აკუსტიკური ტალღების აგზნებას მეტ-ნაკლებად ეფექტურობით. თავდაპირველად ძირითადი აქცენტი კეთდებოდა სითხეებში ტალღების ლაზერულ აგზნებაზე და ხმის სხვადასხვა თერმული აგზნების მექანიზმებზე. მრავალი მონოგრაფია50, 51, 52 იძლევა ამ პროცესისა და მისი შესაძლო პრაქტიკული გამოყენების თეორიულ ანალიზს.
ეს საკითხები შემდგომ განიხილებოდა სხვადასხვა კონფერენციებზე და ულტრაბგერითი ლაზერული აგზნება გამოიყენება როგორც ლაზერული ტექნოლოგიების ინდუსტრიულ გამოყენებაში53, ასევე მედიცინაში54. აქედან გამომდინარე, შეიძლება ჩაითვალოს, რომ პროცესის ძირითადი კონცეფცია, რომლითაც პულსირებული ლაზერული შუქი მოქმედებს შთამნთქმელ გარემოზე, ჩამოყალიბდა. ლაზერული ულტრაბგერითი ინსპექტირება გამოიყენება დეფექტების გამოვლენისთვის.
ლაზერული დარტყმის ტალღების ეფექტი მასალებზე არის ლაზერული შოკის გაჟონვის საფუძველი57,58,59, რომელიც ასევე გამოიყენება დანამატებით წარმოებული ნაწილების ზედაპირული დამუშავებისთვის60. თუმცა, ლაზერული შოკის გაძლიერება ყველაზე ეფექტურია ნანოწამიან ლაზერულ იმპულსებზე და მექანიკურად დატვირთულ ზედაპირებზე (მაგ.
ჩატარდა ექსპერიმენტები გამაგრებული მასალების მიკროსტრუქტურაზე სხვადასხვა ფიზიკური ველის შესაძლო ზემოქმედების გამოსაკვლევად. ექსპერიმენტული დაყენების ფუნქციური დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 1. იმპულსური Nd:YAG მყარი მდგომარეობის ლაზერი, რომელიც მუშაობს თავისუფალ რეჟიმში (პულსის ხანგრძლივობა \(\tau _L \sim 150~\upmu \t) სიმკვრივის ფილტრები და სხივის გამყოფი ფირფიტის სისტემა. ნეიტრალური სიმკვრივის ფილტრების კომბინაციიდან გამომდინარე, პულსის ენერგია სამიზნეზე მერყეობს \(E_L \sim 20~\text {mJ}\)-დან \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). (ფოტოდიოდები ხანგრძლივი რეაგირების დროით, რომელიც აღემატება \(1~\text {ms}\)) გამოიყენება ინციდენტის დასადგენად და ასახული სამიზნეზე, და ორი სიმძლავრის მრიცხველი (ფოტოდიოდები მოკლე რეაგირების დროით\(<10~\text {ns}\)) ინციდენტისა და ასახული ოპტიკური სიმძლავრის დასადგენად. კალორიმეტრები და სიმძლავრის მრიცხველები დაკალიბრებული იყო აბსოლუტური მნიშვნელობების გამოსავლენად, რომ მიეცით a-Ltec-H1-H3-H1-Ltec. 2-D0 და დიელექტრიკული სარკე, რომელიც დამონტაჟებულია ნიმუშის ადგილას. სხივის ფოკუსირება სამიზნეზე ლინზის გამოყენებით (ანტირეფლექსური საფარი \(1.06 \upmu \text {m}\), ფოკუსური მანძილი \(160~\text {mm}\)) და წელის სხივი სამიზნე ზედაპირზე 60~\m).
ექსპერიმენტული დაყენების ფუნქციური სქემატური დიაგრამა: 1-ლაზერი;2-ლაზერის სხივი;3-ნეიტრალური სიმკვრივის ფილტრი;4-სინქრონიზებული ფოტოდიოდი;5-სხივის გამყოფი;6-დიაფრაგმა;7 - დაცემის სხივის კალორიმეტრი;8 – ასახული სხივის კალორიმეტრი;9 – ინციდენტის სხივის დენის მრიცხველი;10 – ასახული სხივის დენის მრიცხველი;11 – ფოკუსირების ობიექტივი;12 - სარკე;13 – ნიმუში;14 – ფართოზოლოვანი პიეზოელექტრული გადამყვანი;15 – 2D გადამყვანი;16 – პოზიციონირების მიკროკონტროლერი;17 – სინქრონიზაციის ერთეული;18 – მრავალარხიანი ციფრული შეძენის სისტემა სხვადასხვა შერჩევის სიჩქარით;19 – პერსონალური კომპიუტერი.
ულტრაბგერითი მკურნალობა ტარდება შემდეგნაირად. ლაზერი მუშაობს თავისუფალ რეჟიმში;ამიტომ ლაზერული პულსის ხანგრძლივობაა \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), რომელიც შედგება რამდენიმე ხანგრძლივობისგან დაახლოებით \(1.5~\upmu \text {s } \) თითოეული. ლაზერული პულსის დროებითი ფორმა და მისი სპექტრი შედგება დაბალი სიხშირის კონვერტით, საშუალო სიხშირით, დაახლოებით 7 M-ის საშუალო სიხშირით. Hz}\), როგორც ნაჩვენებია სურათზე 2.- სიხშირის გარსი უზრუნველყოფს მასალის გათბობას და შემდგომ დნობას და აორთქლებას, ხოლო მაღალი სიხშირის კომპონენტი უზრუნველყოფს ულტრაბგერითი ვიბრაციების ფოტოაკუსტიკური ეფექტის გამო. ლაზერის მიერ წარმოქმნილი ულტრაბგერითი პულსის ტალღის ფორმა ძირითადად განისაზღვრება ლაზერის ლაზერული პულსის დროის ფორმით.ეს არის \(7~\text {kHz}\)-დან \ (2~\text {MHz}\), ხოლო ცენტრალური სიხშირე არის \(~ 0.7~\text {MHz}\). ფოტოაკუსტიკური ეფექტის გამო აკუსტიკური პულსები დაფიქსირდა ფართოზოლოვანი პიეზოელექტრული გადამყვანების გამოყენებით. უნდა აღინიშნოს, რომ ლაზერული იმპულსების ფორმა დამახასიათებელია თავისუფალი გაშვების რეჟიმის ლაზერისთვის.
ლაზერული პულსის ინტენსივობის (a) და ხმის სიჩქარის (b) დროებითი განაწილება ნიმუშის უკანა ზედაპირზე, ერთი ლაზერული პულსის სპექტრები (ცისფერი მრუდი) (c) და ულტრაბგერითი პულსი (d) საშუალოდ 300 ლაზერულ პულსზე (წითელი მრუდი) .
ჩვენ ნათლად შეგვიძლია განვასხვავოთ აკუსტიკური დამუშავების დაბალი სიხშირის და მაღალი სიხშირის კომპონენტები, რომლებიც შეესაბამება ლაზერული პულსის დაბალი სიხშირის გარსს და მაღალი სიხშირის მოდულაციას, შესაბამისად.შესაბამისად, მოსალოდნელია აკუსტიკური სიგნალის ფართოზოლოვანი მაღალი სიხშირის კომპონენტების ძირითადი ეფექტი მიკროსტრუქტურაზე.
ფიზიკური პროცესები SLM-ში რთულია და ერთდროულად ხდება სხვადასხვა სივრცით და დროებით მასშტაბებზე. ამიტომ, მრავალმასშტაბიანი მეთოდები ყველაზე შესაფერისია SLM-ის თეორიული ანალიზისთვის. მათემატიკური მოდელები თავდაპირველად მრავალფაზიანი უნდა იყოს. SLM შემდეგია.
გათბობისა და გაგრილების სიხშირე \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{-მდე ლოკალიზებული ლაზერული გამოსხივების გამო, სიმძლავრის სიმძლავრით \(10^{13}~\text {W} სმ}^2\-მდე).
დნობა-გამაგრების ციკლი გრძელდება 1-დან \(10~\text {ms}\) შორის, რაც ხელს უწყობს დნობის ზონის სწრაფ გამაგრებას გაგრილების დროს.
ნიმუშის ზედაპირის სწრაფი გათბობა იწვევს ზედაპირულ ფენაში მაღალი თერმოელასტიური სტრესების წარმოქმნას. ფხვნილის ფენის საკმარისი (20%-მდე) ნაწილი ძლიერად აორთქლდება63, რაც იწვევს ზედაპირზე დამატებით წნევას ლაზერული აბლაციის საპასუხოდ. შესაბამისად, გამოწვეული დაძაბვა მნიშვნელოვნად ამახინჯებს და აძლიერებს ნაწილს. sed ლაზერული ანეილირების შედეგად წარმოიქმნება ულტრაბგერითი დაძაბულობის ტალღები, რომლებიც ვრცელდება ზედაპირიდან სუბსტრატზე. ლოკალური სტრესისა და დაძაბულობის განაწილების ზუსტი რაოდენობრივი მონაცემების მისაღებად, შესრულებულია ელასტიური დეფორმაციის პრობლემის მეზოსკოპური სიმულაცია სითბოს და მასის გადაცემასთან კონიუგირებული.
მოდელის მმართველი განტოლებები მოიცავს (1) არასტაბილური სითბოს გადაცემის განტოლებებს, სადაც თბოგამტარობა დამოკიდებულია ფაზურ მდგომარეობაზე (ფხვნილი, დნობა, პოლიკრისტალური) და ტემპერატურაზე, (2) ელასტიური დეფორმაციის რყევებს უწყვეტი აბლაციის შემდეგ და თერმოელასტიური გაფართოების განტოლება. გამტარი სითბოს გაცვლა და აორთქლებადი ნაკადი. მასის ნაკადი განისაზღვრება აორთქლებადი მასალის გაჯერებული ორთქლის წნევის გაანგარიშების საფუძველზე. ელასტოპლასტიკური ძაბვა-დაძაბულობა გამოიყენება იქ, სადაც თერმოელასტიური ძაბვა პროპორციულია ტემპერატურის სხვაობისთვის. ნომინალური სიმძლავრისთვის \(300~\text {W}\00z, კოეფიციენტი, სიხშირე, ^5, სიხშირე, ^5, ტექსტი \(1). ეფექტური სხივის დიამეტრის (200~\upmu \text {m}\ ).
ნახაზი 3 გვიჩვენებს მდნარი ზონის რიცხვითი სიმულაციის შედეგებს მაკროსკოპული მათემატიკური მოდელის გამოყენებით. შერწყმის ზონის დიამეტრი არის \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) რადიუსი) და \(40~\upmu \(40~\upmu \ simulation შედეგების ცვალებადობა 1-ის ლოკალური ზედაპირით. 0~\text {K}\) პულსის მოდულაციის მაღალი წყვეტილი ფაქტორის გამო. გათბობის \(V_h\) და გაგრილების \(V_c\) სიხშირეები შეესაბამება \(10^7\) და \(10^6~\text {K}/\text {s}\), შესაბამისად. და \(V_c\) იწვევს ზედაპირის ფენის სწრაფ გადახურებას, სადაც თბოგამტარობა სუბსტრატს არასაკმარისია სითბოს მოსაშორებლად. ამიტომ, \(t=26~\upmu \text {s}\) ზედაპირის ტემპერატურა აღწევს მაქსიმუმ \(4800~\text {K}\). ძლიერი აორთქლება შეიძლება გამოიწვიოს მასალის ზედაპირის აორთქლება.
316 ლიტრიანი სანიმუშო ფირფიტაზე ერთი ლაზერული იმპულსური დნობის დნობის ზონის რიცხვითი სიმულაციის შედეგები. დრო პულსის დასაწყისიდან გამდნარი აუზის სიღრმემდე მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე არის \(180~\upmu\text {s}\). ყვითელი ხაზები) შეესაბამება წევის სტრესს, რომელიც გამოითვლება ტემპერატურიდან მომდევნო განყოფილებაში. შესაბამისად, ორ იზოლერს შორის (იზოთერმები\(T=T_L\) და იზობარები\(\სიგმა =\სიგმა _V(T)\)), მყარი ფაზა ექვემდებარება ძლიერ მექანიკურ დატვირთვას, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მიკროსტრუქტურის ცვლილებები.
ეს ეფექტი შემდგომშია ახსნილი სურათზე 4a, სადაც წნევის დონე დნობის ზონაში გამოსახულია როგორც დროისა და ზედაპირიდან მანძილის ფუნქცია. პირველი, წნევის ქცევა დაკავშირებულია ლაზერული პულსის ინტენსივობის მოდულაციასთან, რომელიც აღწერილია სურათ 2-ში ზემოთ. მაქსიმალური წნევა \text{s}\) დაახლოებით \(10~\text {MPa ~ ~ ~\). საკონტროლო პუნქტში ლოკალური წნევის ტუაციას აქვს იგივე რხევის მახასიათებლები, როგორც \(500~\text {kHz}\) სიხშირე. ეს ნიშნავს, რომ ულტრაბგერითი წნევის ტალღები წარმოიქმნება ზედაპირზე და შემდეგ ვრცელდება სუბსტრატში.
დნობის ზონის მახლობლად დეფორმაციის ზონის გამოთვლილი მახასიათებლები ნაჩვენებია ნახ. 4b. ლაზერული აბლაცია და თერმოელასტიური სტრესი წარმოქმნის ელასტიური დეფორმაციის ტალღებს, რომლებიც ვრცელდება სუბსტრატში. როგორც ნახატიდან ჩანს, არსებობს სტრესის წარმოქმნის ორი ეტაპი. პირველი ფაზის დროს \(t < 40~\up\u003) ძაბვა \(t < 40~\upmu\text-ზე). ზედაპირის წნევის მსგავსი მოდულაცია. ეს სტრესი წარმოიქმნება ლაზერული აბლაციის გამო და არ შეინიშნებოდა თერმოელასტიური სტრესი საკონტროლო წერტილებში, რადგან სითბოს ზემოქმედების საწყისი ზონა ძალიან მცირე იყო. როდესაც სითბო სუბსტრატში იფანტება, საკონტროლო წერტილი წარმოქმნის მაღალ თერმოელასტიურ სტრესს \(40~\text {MPa}\) ზემოთ.
მიღებული მოდულირებული სტრესის დონეები მნიშვნელოვან გავლენას ახდენენ მყარი-თხევადი ინტერფეისზე და შეიძლება იყოს კონტროლის მექანიზმი, რომელიც მართავს გამაგრების გზას. დეფორმაციის ზონის ზომა 2-დან 3-ჯერ აღემატება დნობის ზონას. როგორც ნაჩვენებია სურათზე 3, დნობის იზოთერმის მდებარეობა და დაძაბულობის დონე, რომელიც ტოლია გამავალი სტრესის ეფექტურ ადგილებთან შედარებით. დიამეტრი 300-დან \(800~\upmu \text {m}\) შორის, მყისიერი დროის მიხედვით.
ამიტომ, პულსირებული ლაზერული ანეილირების კომპლექსურ მოდულაციას მივყავართ ულტრაბგერით ეფექტამდე. მიკროსტრუქტურის შერჩევის გზა განსხვავებულია, თუ შევადარებთ SLM-ს ულტრაბგერითი დატვირთვის გარეშე. დეფორმირებული არასტაბილური რეგიონები იწვევს შეკუმშვისა და გაჭიმვის პერიოდულ ციკლებს მყარ ფაზაში. ამრიგად, მარცვლების ახალი საზღვრების ფორმირება შეიძლება შეიცვალოს. , როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ. მიღებული დასკვნები იძლევა შესაძლებლობას შეიმუშაოს პულსის მოდულაცია-ინდუცირებული ულტრაბგერითი SLM პროტოტიპი. ამ შემთხვევაში, სხვაგან გამოყენებული პიეზოელექტრული ინდუქტორი 26 შეიძლება გამოირიცხოს.
(ა) წნევა დროის ფუნქციად, გამოითვლება 0, 20 და \(40~\upmu \text {m}\) ზედაპირიდან სხვადასხვა მანძილზე სიმეტრიის ღერძის გასწვრივ.
ექსპერიმენტები ჩატარდა AISI 321H უჟანგავი ფოლადის ფირფიტებზე, ზომებით \(20\ჯერ 20\ჯერ 5~\text {მმ}\). ყოველი ლაზერული პულსის შემდეგ ფირფიტა მოძრაობს \(50~\upmu \text {m}\), ხოლო ლაზერის სხივის წელის წელი სამიზნე ზედაპირზე არის დაახლოებით \\\\\\\/წუთში შესრულებული. მარცვლეულის დახვეწისთვის დამუშავებული მასალის ხელახალი დნობის გამოწვევის მიზნით. ყველა შემთხვევაში, ხელახალი დნობის ზონა იყო გაჟღენთილი, ეს დამოკიდებულია ლაზერის გამოსხივების რხევის კომპონენტზე. ეს იწვევს საშუალო მარცვლის ფართობის 5-ჯერ შემცირებას. ნახაზი 5 გვიჩვენებს, თუ როგორ იცვლება ლაზერული დნობის რეგიონის მიკროსტრუქტურა (დნობის ქვეციკლების რაოდენობასთან ერთად).
ქვენაკვეთები (a,d,g,j) და (b,e,h,k) – ლაზერული დნობის უბნების მიკროსტრუქტურა, ქვენაკვეთები (c,f,i,l) – ფერადი მარცვლის ფართობის განაწილება.დაჩრდილვა წარმოადგენს ნაწილაკებს, რომლებიც გამოიყენება ჰისტოგრამის გამოსათვლელად. ფერები შეესაბამება მარცვლოვან რეგიონებს (იხილეთ ფერის ზოლი ჰისტოგრამის ზედა ნაწილში. ქვენახაზები (ac) შეესაბამება დაუმუშავებელ უჟანგავი ფოლადს, ხოლო ქვენახაზები (df), (gi), (jl) შეესაბამება 1, 3 და 5 ხელახალი დნობას.
ვინაიდან ლაზერის პულსის ენერგია არ იცვლება შემდგომ გადასვლებს შორის, დნობის ზონის სიღრმე იგივეა. ამრიგად, შემდგომი არხი მთლიანად „ფარავს“ წინას. თუმცა, ჰისტოგრამა აჩვენებს, რომ მარცვლის საშუალო და მედიანური ფართობი მცირდება გავლების რაოდენობის მატებასთან ერთად. ეს შეიძლება მიუთითებდეს იმაზე, რომ ლაზერი მოქმედებს სუბსტრატზე, ვიდრე მე.
მარცვლების დახვეწა შეიძლება გამოწვეული იყოს გამდნარი აუზის სწრაფი გაგრილებით65. ჩატარდა ექსპერიმენტების კიდევ ერთი ნაკრები, რომელშიც უჟანგავი ფოლადის ფირფიტების ზედაპირები (321H და 316L) ექვემდებარებოდა უწყვეტი ტალღის ლაზერის გამოსხივებას ატმოსფეროში (სურ. 6) და ვაკუუმში (ნახ. 7). ლაზერის საშუალო სიმძლავრეა და მოლი 100 ვტ დაახლოებასთან მიმართებაში. Nd:YAG ლაზერის შედეგები თავისუფალ რეჟიმში. თუმცა, დაფიქსირდა ტიპიური სვეტოვანი სტრუქტურა.
უწყვეტი ტალღის ლაზერის ლაზერული დნობის რეგიონის მიკროსტრუქტურა (300 W მუდმივი სიმძლავრე, 200 მმ/წმ სკანირების სიჩქარე, AISI 321H უჟანგავი ფოლადი).
(ა) მიკროსტრუქტურა და (ბ) ვაკუუმური უწყვეტი ტალღის ლაზერის ლაზერული დნობის ზონის მიკროსტრუქტურა და (ბ) ელექტრონების უკუსკატერის დიფრაქციული გამოსახულება (მუდმივი სიმძლავრე 100 W, სკანირების სიჩქარე 200 მმ/წმ, AISI 316L უჟანგავი ფოლადი) \ (\sim 2~\text {mbar }\).
აქედან გამომდინარე, აშკარად ჩანს, რომ ლაზერული პულსის ინტენსივობის რთული მოდულაცია მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს მიღებულ მიკროსტრუქტურაზე. ჩვენ მიგვაჩნია, რომ ეს ეფექტი მექანიკური ხასიათისაა და წარმოიქმნება ულტრაბგერითი ვიბრაციების გამო, რომელიც ვრცელდება ნიმუშში დნობის დასხივებული ზედაპირიდან. უზრუნველყოფს მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერას სხვადასხვა მასალებში, მათ შორის Ti-6Al-4V შენადნობის 26 და უჟანგავი ფოლადის 34 შედეგი. შესაძლო მექანიზმი ვარაუდობს შემდეგნაირად. ინტენსიურმა ულტრაბგერამ შეიძლება გამოიწვიოს აკუსტიკური კავიტაცია, როგორც ნაჩვენებია ულტრასწრაფი in situ სინქროტრონის რენტგენის გამოსახულებაზე. ~\text {MPa}\)69. ასეთი დარტყმითი ტალღები შეიძლება იყოს საკმარისად ძლიერი, რათა ხელი შეუწყოს კრიტიკული ზომის მყარი ფაზის ბირთვების წარმოქმნას ნაყარი სითხეებში, რაც დაარღვიოს ტიპიური სვეტოვანი მარცვლის სტრუქტურა ფენა-ფენა დანამატების წარმოებისთვის.
აქ ჩვენ შემოგთავაზებთ სხვა მექანიზმს, რომელიც პასუხისმგებელია სტრუქტურულ მოდიფიკაციაზე ინტენსიური გაჟღერებით. მასალა გამაგრების შემდეგ არის მაღალ ტემპერატურაზე, დნობის წერტილთან ახლოს და აქვს უკიდურესად დაბალი მოსავლიანობის სტრესი. ინტენსიურმა ულტრაბგერითმა ტალღებმა შეიძლება გამოიწვიოს პლასტიკური ნაკადი შეცვალოს ახლად გამაგრებული ცხელი მასალის მარცვლოვანი სტრუქტურა. თუმცა, სანდო ექსპერიმენტული მონაცემები ხელმისაწვდომია ტემპერატურულ სტრესზე დამოკიდებულების შესახებ (\t, სტრესი ~ ~ 1 ~ (\t ~ ~ ~ 1 ~ ~ T ~ ~ t) e ნახაზი 8). ამიტომ, ჰიპოთეზის შესამოწმებლად, ჩვენ შევასრულეთ AISI 316 ლ ფოლადის მსგავსი Fe-Cr-Ni კომპოზიციის მოლეკულური დინამიკის (MD) სიმულაციები, რათა შეგვეფასებინა დნობის წერტილის მახლობლად წევის სტრესის ქცევა. გამოთვლების სტრესის გამოსათვლელად, გამოვიყენეთ MD ათვლის ძაბვის რელაქსაციის ტექნიკა, რომელიც დეტალურად არის აღწერილი .13cul,72, 70 ჩაშენებული ატომური მოდელი (EAM) 74.MD სიმულაციებიდან შესრულდა LAMMPS კოდების გამოყენებით 75,76. MD სიმულაციის დეტალები გამოქვეყნდება სხვაგან. MD გაანგარიშების შედეგები მოსავლიანობის სტრესის როგორც ტემპერატურის ფუნქცია, ნაჩვენებია ნახ.
316 კლასის აუსტენიტური უჟანგავი ფოლადის AISI და მოდელის კომპოზიცია MD სიმულაციების ტემპერატურასთან მიმართებაში. წარმოება. ფართომასშტაბიანი MD სიმულაციის შედეგები ამ კვლევაში აღინიშნება როგორც \(\ვარტრიკუთხედი მარცხნივ\) დეფექტის გარეშე უსასრულო ერთკრისტალისთვის და \(\ვარტრიკუთხედის მარჯვენა\) სასრული მარცვლებისთვის, საშუალო მარცვლის ზომის გათვალისწინებით Hall-Petch მიმართების ზომების\(d\mu = \t~).
ჩანს, რომ \(T>1500~\text {K}\)-ზე წევის სტრესი ეცემა \(40~\text {MPa}\) ქვემოთ. მეორე მხრივ, შეფასებები ვარაუდობენ, რომ ლაზერის მიერ წარმოქმნილი ულტრაბგერითი ამპლიტუდა აღემატება \(40~\text {MPa}\) (იხ. ნახ.
SLM-ის დროს 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) ავსტენიტური უჟანგავი ფოლადის მიკროსტრუქტურის ფორმირება ექსპერიმენტულად იქნა გამოკვლეული რთული ინტენსივობით მოდულირებული პულსირებული ლაზერული წყაროს გამოყენებით.
ლაზერის დნობის ზონაში მარცვლების ზომის შემცირება დაფიქსირდა ლაზერის უწყვეტი ხელახალი დნობის გამო 1, 3 ან 5 გავლის შემდეგ.
მაკროსკოპული მოდელირება აჩვენებს, რომ რეგიონის სავარაუდო ზომა, სადაც ულტრაბგერითმა დეფორმაციამ შეიძლება დადებითად იმოქმედოს გამაგრების ფრონტზე, არის \(1~\text {mm}\).
მიკროსკოპული MD მოდელი აჩვენებს, რომ AISI 316 ავსტენიტური უჟანგავი ფოლადის გამტარუნარიანობა მნიშვნელოვნად შემცირდა \(40~\text {MPa}\) დნობის წერტილთან ახლოს.
მიღებული შედეგები გვთავაზობს მასალების მიკროსტრუქტურის კონტროლის მეთოდს რთული მოდულირებული ლაზერული დამუშავების გამოყენებით და შეიძლება გახდეს საფუძველი იმპულსური SLM ტექნიკის ახალი მოდიფიკაციების შესაქმნელად.
Liu, Y. et al.TiB2/AlSi10Mg კომპოზიტების მიკროსტრუქტურული ევოლუცია და მექანიკური თვისებები ლაზერული შერჩევითი დნობით [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. 316L უჟანგავი ფოლადის ლაზერული სელექციური დნობის რეკრისტალიზაციის მარცვლების საზღვრის ინჟინერია [J].ჟურნალი Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. სენდვიჩის მიკროსტრუქტურების in situ განვითარება გაძლიერებული ელასტიურობით ლაზერული გამდნარი ტიტანის შენადნობების ლაზერული გახურებით.science.Rep.10, 15870. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Ti-6Al-4V ნაწილების დანამატის წარმოება ლითონის ლაზერული დეპონირების გზით (LMD): პროცესი, მიკროსტრუქტურა და მექანიკური თვისებები.ჯ.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. დისკები 718-ის ლაზერული ლითონის ფხვნილის მიმართული ენერგიის დეპონირების მიკროსტრუქტურული მოდელირება. Add to.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al.Parametric Neutron Bragg Edge Imaging Study of Additively Manufactured Samples Treated by Laser Shock Peening.science.Rep.11, 14919. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al.Ti-6Al-4V-ის გრადიენტური მიკროსტრუქტურა და მექანიკური თვისებები, რომლებიც დამატებით წარმოებულია ელექტრონის სხივის დნობით.