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 хайлуулахад суурилсан шинэ механизмыг санал болгож байна. Энэхүү механизм нь хайлсан усан санд нарийн төвөгтэй эрчимжүүлсэн лазер туяагаар өндөр эрчимтэй хэт авианы долгион үүсгэхэд суурилдаг. Туршилтын судалгаа, тоон симуляци нь энэхүү хяналтын механизмыг орчин үеийн сонголттой, техникийн хувьд үр дүнтэйгээр нэгтгэж болохыг харуулж байна. 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 үндсэн шинж чанар нь хатуулагтай холбоотой байж болох юм. өндөр дулааны градиент, өндөр хөргөлтийн хурд, хайлах болон дахин хайлуулах материалын халаалтын мөчлөгийн нарийн төвөгтэй байдал11 холбоотой үйл явц нь эпитаксиаль үр тарианы өсөлт, мэдэгдэхүйц нүхжилт12,13 хүргэдэг.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 хатууруулах процесст 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 үйл явцад ихээхэн нөлөөлдөг соронзон орны нөлөөллийг харгалзан үзсэн. ,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 үүсвэр (20 кГц) ашиглан субстрат дээр хавсаргана. Температурын градиентийг бууруулж, хэт авианы тусламжтайгаар хөндийгөөр шинэ кристаллит үүсгэдэг.
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 модуляц нь түүний материалын микро бүтцийн модуляцийг өөрчлөх боломжтой хэт авианы долгион үүсэхэд хүргэдэг. 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. Гэсэн хэдий ч, хэрэв ийм лазер эмчилгээ нь давхарга бүрийн гадаргуу дээр хийгдсэн бол давхарга бүрээр, эсвэл сонгосон тохиолдолд бусад хэсгүүдэд эзлэхүүнийг бүхэлд нь нэмэгдүүлэх боломжтой. давхарга бүрээр бүтээгдсэн тул 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 бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд тархдаг бол лазераас үүдэлтэй хэт авианы эрч хүч нь лазерын цацрагийг шингээж авах цэгийн ойролцоо өндөр төвлөрдөг. SLM нунтаг нунтаг хайлуулах машинд sonotrode ашиглах нь төвөгтэй байдаг, учир нь нунтаг цацрагийн дээд гадаргуу дээр механик цацраг туяа үлдэх ёсгүй. хэсгийн дээд гадаргуу дээрх ачаалал.Тиймээс акустик хүчдэл тэгтэй ойролцоо бөгөөд бөөмийн хурд нь 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 гангаар 20mtain-аас бага байна. ), ба 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, гадаргууг хайлшлах, гадаргууг өнгөлөх43 гэх мэт материалыг боловсруулах бараг бүх лазерын 39, 40 техникүүдийн үндэс суурь болдог. Лазерын шинэ бүтээл нь материал боловсруулах шинэ дэвшилтэд түлхэц өгч, материалын боловсруулалтын өмнөх үр дүнг нэгтгэн дүгнэсэн44, монографийн үр дүнг нэгтгэсэн. ,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 долгионы лазерын өдөөлт, дууны янз бүрийн дулааны өдөөх механизмд (дулааны тэлэлт, ууршилт, шилжилтийн үе шат, агшилтын үе шат, 74,84,74,84,74,74,74,74,74,74) өөрчлөлтүүд) долгионы долгионыг өдөөдөг байв. 50, 51, 52 нэг сэдэвт зохиолууд нь энэ үйл явцын онолын дүн шинжилгээ, түүний боломжит практик хэрэглээг өгдөг.
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-т үзүүлэв. Чөлөөт ажиллах горимд ажилладаг импульсийн Nd:YAG хатуу төлөвт лазер (импульсийн үргэлжлэх хугацаа \(\tau _L \sim 150~\upmu\text-ийн цуваагаар дамжсан). 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 \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) хүртэл хэлбэлздэг. , мөн хоёр калориметрийг (\(1~\текст {ms}\)-аас их урт хариу өгөх хугацаатай фотодиодууд), зорилтот объект руу туссан болон туссан үзэгдлийг тодорхойлоход хоёр цахилгаан тоолуур (харалтын богино хугацаатай фотодиодууд\(<10~\текст {ns}\)) туссан ба туссан оптик хүчийг тодорхойлоход ашигладаг. LP12-3S-H2-D0 ба диэлектрик толь нь дээжийн байршилд суурилуулсан. Линз (\(1.06 \upmu \text {m}\-ийн эсрэг цацруулагч бүрэх), фокусын урт \(160~\текст {мм}\)) болон зорилтот гадаргуу дээрх цацрагийн бэлхүүс (мү-хм\х\х\х) ашиглан зорилтот туяаг фокуслана.
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. Лазерын импульсийн түр зуурын хэлбэр ба түүний спектр нь бага давтамжийн дугтуй, дундаж давтамжийн дугтуй болон өндөр \~ 0 орчим давтамжаас бүрддэг. Гц}\), Зураг 2-т үзүүлсний дагуу.- Давтамжийн бүрхүүл нь материалын халаалт, дараа нь хайлах, ууршилтыг хангадаг бол өндөр давтамжийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь фотоакустик эффектийн улмаас хэт авианы чичиргээг өгдөг. Лазераас үүссэн хэт авианы импульсийн долгионы хэлбэрийг голчлон лазерын импульсийн эрчмийн цаг хугацааны хэлбэрээр тодорхойлдог.Энэ нь \(7~\текст {кГц}\)-ээс \(2~\текст {МГц}\) хооронд, төвийн давтамж нь \(~ 0.7~\текст {МГц}\ байна. Фотоакустик нөлөөллөөс үүдэлтэй акустик импульсийг поливинилиден фторидын өргөн зурвасын пьезоэлектрик хувиргагч ашиглан бүртгэсэн бөгөөд энэ нь 2-р зурагт дүрслэгдсэн долгионы хэлбэртэй байх ёстой. Лазерын импульсийн хэмжээ нь чөлөөт гүйлтийн лазерын хувьд ердийн зүйл юм.
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 хийн ачаалалтай харилцан үйлчлэлцэж, дараа нь SLM-ийн идэвхгүй шинж чанаруудтай харилцан үйлчлэлцэж болно. 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 суналт нь гадаргын геометрийг ихээхэн гажуудуулж, ялангуяа хэсгийн бүтцийн геометрийн нөлөөг ихэсгэдэг. Лазераар зөөлрүүлэх 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 (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 туршилтаар тодорхойлсон дулаан дамжуулагчийн модуляцын температурын горимоор тодорхойлно. солилцоо ба ууршилтын урсгал. Массын урсгалыг ууршуулж буй материалын ханасан уурын даралтын тооцоонд үндэслэн тодорхойлно. Эластопластик стресс-хүчдэлийн хамаарлыг термоэластик хүчдэл нь температурын зөрүүтэй пропорциональ байдаг тохиолдолд ашигладаг.Нэрлэсэн чадлын хувьд \(300~\text {W}\), давтамж \(10^5~\0м\т(10^5~\0) интерфэйстэй (10^5~\0) \text {m}\ ) үр дүнтэй цацрагийн диаметр.
Зураг 3-т хайлсан бүсийн тоон симуляцийн үр дүнг макроскопийн математик загвараар харуулав. Хайлмал бүсийн голч нь \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text {m}\) радиус) ба \(40~\upmu \textp {m}\) радиус нь орон нутгийн цаг хугацааны хэмжилтийн үр дүнг гадаргын гүн {m}0) харуулж байна. 0~\текст {K}\) нь импульсийн модуляцын өндөр тасалдалтай хүчин зүйлээс шалтгаална. Халаалтын \(V_h\) ба хөргөлтийн \(V_c\) хурдууд нь \(10^7\) ба \(10^6~\text {K}/\text {s}\) гэсэн дарааллаар байна. Эдгээр утгууд нь бидний өмнөх шинжилгээнд \6 ба V баллын зөрүүтэй нийцэж байна. _c\) нь гадаргуугийн давхаргыг хурдан хэт халахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь дулааныг арилгахад субстратын дулаан дамжуулалт хангалтгүй байдаг. Иймээс \(t=26~\upmu \text {s}\) үед гадаргуугийн температур нь \(4800~\text {K}\ хүртэл өндөр байдаг).
316 л дээжийн хавтан дээрх нэг лазер импульсийн хайлах бүсийн тоон симуляцийн үр дүн. Импульсийн эхнээс хайлсан усан сангийн гүн хүртэлх хамгийн их утгад хүрэх хугацаа нь \(180~\upmu\text {s}\) байна.Изотерм\(T = T_L = 1723~)\текст нь шингэн ба бага фазыг илэрхийлнэ. шугам) нь дараагийн хэсэгт температурын функцээр тооцсон уналтын хүчдэлтэй тохирч байна.Иймд хоёр изотерм (T=T_L\) ба изобарууд(\сигма =\сигма _V(T)\)) хоорондын мужид хатуу фаз нь хүчтэй механик ачаалалд өртдөг бөгөөд энэ нь бичил бүтцийн өөрчлөлтөд хүргэж болзошгүй юм.
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 лазер импульсийн эрчмийн модуляцтай холбоотой юм. Хамгийн их даралтын \text{s}\) ойролцоогоор \(10~\text {MPa}\)t(~\ucon 2-ын үед ажиглагдсан). хяналтын цэг дэх даралт нь \(500~\текст {kHz}\ давтамжтай ижил хэлбэлзлийн шинж чанартай байдаг. Энэ нь хэт авианы даралтын долгион нь гадаргуу дээр үүсч, дараа нь субстрат руу тархдаг гэсэн үг юм.
Хайлтын бүсийн ойролцоох хэв гажилтын бүсийн тооцоолсон шинж чанарыг 4б-р зурагт үзүүлэв.Лазер абляци ба дулаан уян харимхай стресс нь субстрат руу тархах уян деформацийн долгионыг үүсгэдэг.Зураг дээрээс харахад хүчдэл үүсэх хоёр үе шат байдаг. Эхний үе шатанд \(t < 40~}\upmu), стресс нэмэгдэхэд {8 МП {\text {\s гадаргын даралттай төстэй модуляц. Энэ стресс нь лазерын устгалын улмаас үүсдэг бөгөөд анхны дулааны нөлөөлөлд өртсөн бүс хэт бага байсан тул хяналтын цэгүүдэд дулаан уян харимхай стресс ажиглагдаагүй. Дулаан субстрат руу тархах үед хяналтын цэг нь \(40~\текст {МПа}\) дээр 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 том байна. Зураг 3-т үзүүлснээр хайлах изотермийн байршил ба уналтын түвшинтэй тэнцэх стрессийн түвшин нь орон нутгийн механик ачаалалтай харьцуулсан үр дүнтэй ачаалалтай механик ачаалалтай байдаг. агшин зуурын хугацаанаас хамаарч 300-аас \(800~\upmu \text {m}\) хооронд диаметртэй байна.
Тиймээс 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 фаз дахь шахалтын болон суналтын үе үе мөчлөгт хүргэдэг.Тиймээс үр тарианы шинэ хилүүд үүсэх ба жижиг хэсгүүдийн хил хязгаарыг өөрчлөх боломжтой. доор үзүүлсэн шиг. 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) Дээжээс 70, 120 ба \(170~\upmu\t) зайд цул матрицад тооцоолсон цаг хугацаанаас хамааралтай Вон Мизесийн стресс.
Туршилтыг AISI 321H зэвэрдэггүй ган хавтан дээр \(20\ дахин 20\ дахин 5~\текст {мм}\) дээр хийсэн. Лазерын импульс бүрийн дараа хавтан хөдөлж (50~\upmu \text {m}\), зорилтот гадаргуу дээрх лазер туяаны бүсэлхийн хэмжээ нь ойролцоогоор 10-аас их хэмжээтэй байна. Үр тариаг боловсронгуй болгоход зориулж боловсруулсан материалыг дахин хайлуулахын тулд ижил замын дагуу гүйцэтгэдэг. Бүх тохиолдолд лазерын цацрагийн хэлбэлзлийн бүрэлдэхүүн хэсгээс хамааран дахин хайлсан бүсийг дуу авианы аргаар хийсэн. Энэ нь үр тарианы дундаж талбайг 5 дахин багасахад хүргэдэг. Зураг 5-д хайлсан бүсийн бичил бүтэц (дахин хайлах циклийн тоо) хэрхэн өөрчлөгдөж байгааг харуулж байна.
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 тарианы сайжруулалт нь хайлсан усан сангийн хурдан хөргөлтөөс үүдэлтэй байж болно65. Өөр нэг туршилтыг хийсэн бөгөөд үүнд зэвэрдэггүй ган хавтангийн гадаргуу (321H ба 316L) агаар мандал дахь тасралтгүй долгионы лазер цацрагт (Зураг 6) болон вакуумд (Зураг 7) өртсөн болно. Лазерын дундаж хүч нь моль ба усан сантай (30-аас 100 Вт) ойролцоо байна. чөлөөт гүйлтийн горимд Nd:YAG лазерын үр дүн.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.
Иймээс лазерын импульсийн эрчмийг нарийн төвөгтэй модуляцлах нь үүссэн бичил 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, 26, 36, 13, 26, 26, 36, 36, 26, 36, 36, 26, 26, 26, 26, 26, 30 өмдүүд, 36-р зууны үеийн материалуудыг ашиглан үр дүнтэйгээр авсан. Ti-6Al-4V хайлш 26, зэвэрдэггүй ган 34 зэрэг төрөл бүрийн материалд өндөр эрчимтэй хэт авиан шинжилгээ хийх. Үүний үр дүнд үүсэх механизмыг дараах байдлаар таамаглаж байна. Хүчтэй хэт авиан нь акустик хөндийг үүсгэж болзошгүйг хэт хурдан in situ синхротрон рентген зураг дээр харуулав. \(100~\text {MPa}\)69.Ийм цочролын долгион нь их хэмжээний шингэнд чухал хэмжээтэй хатуу фазын цөм үүсэхэд хангалттай хүчтэй байж, давхаргын нэмэлтийн үйлдвэрлэлийн ердийн бортгон ширхэгийн бүтцийг тасалдуулж болзошгүй.
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 уналтын стресстэй байдаг. Хүчтэй хэт авианы долгион нь халуун, зүгээр л хатуурсан материалын ширхэгийн бүтцийг өөрчлөхөд хуванцар урсгалыг үүсгэдэг. Гэсэн хэдий ч туршилтын найдвартай туршилтын өгөгдөл нь халуун, зүгээр л хатуурсан материалын 15-р температурт байдаг. \text {K}\) (Зураг 8-ыг 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 гүйцэтгэсэн. Ургацын даралтыг тооцоолохын тулд MD17, shetail, тайлах аргачлалыг ашигласан. Атом хоорондын харилцан үйлчлэлийн тооцоололд бид 74-ийн Embedded Atomic Model (EAM)-г ашигласан. MD симуляцийг LAMMPS код 75,76 ашиглан гүйцэтгэсэн. MD симуляцийн дэлгэрэнгүй мэдээллийг өөр газар нийтлэх болно. Температурын функц болох уналтын стрессийн MD тооцооны үр дүнг Зураг 87,87, evalu, evalu, 817, 87, 87, 87, 87, 87, 817, 817, 817-р туршилтуудын өгөгдлүүдийн хамт үзүүлэв. ,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-ыг хэмжилтийн үеийн стрессийн хэмжилтийн эмпирик стрессийн загвар юм. Тусламжтай нэмэлт үйлдвэрлэл. Энэхүү судалгаанд хийсэн том хэмжээний MD загварчлалын үр дүнг Холл-Петч харьцаагаар дундаж ширхэгийн хэмжээг харгалзан согоггүй хязгааргүй дан болорыг \(\vartriangleleft\) гэж, төгсгөлтэй ширхэгийн хувьд \(\vartrianglerright\) гэж тэмдэглэв.
\(T>1500~\text {K}\) 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).