Aufgrund seiner hervorragenden anti bakteriellen Eigenschaften, der thermischen und elektrischen Leitfähig keit ist reines Kupfer ein viel versprechen des Beschichtung material und wird in den Bereichen medizinische Geräte, Nuklear industrie und neue Energie fahrzeuge weit verbreitet.
Unterschied liche Laser wellenlängen haben einen wichtigen Einfluss auf die reine Kupfer laser verkleidung. Reine Kupfer materialien haben ein hohes Reflexions vermögen für Infrarot laser. Es ist schwierig, in der Anfangsphase des Schweißens einen stabilen geschmolzenen Pool zu bilden, und ist anfällig für Defekte wie Spritzer und Schlüssel löcher, was sich auf die Schweiß qualität und Effizienz auswirkt. Daher ist die blaue Laser verkleidung stech no logie mit geringem Reflexions vermögen zu einem Forschungs-Hotspot für die Vorbereitung der reinen Kupfer beschichtung stech no logie geworden.
Forscher der Guangxi-Universität verwendeten eine visuelle Versuchs methode, die auf Hoch geschwindigkeit kamera technologie basiert (Abbildung 2), wobei Laser unterschied licher Wellenlängen und Abtast geschwindigkeiten verwendet wurden, um Kupfer pulver auf 316L Edelstahls ub straten zu beschichten. und verwendete Hoch geschwindigkeit kameras, um die Auswirkungen auf Tröpfchen spritzer und Pulvers pritzer zu untersuchen. Weitere Forschungen zur Makro mikros truktur, Element verteilung und mechanischen Eigenschaften der Beschichtung können theoretische Leitlinien für die Herstellung von reinen Kupfer beschichtungen liefern.
1) Edelstahl 316L wird als Basis verwendet, und die Beschichtung besteht aus Kupfer pulver mit einem Gehalt von 99,7% und einer Partikel größe von 70 ~ 120 µm (Abbildung 1).
Abbildung 1 Kupfer pulver
2) Infrarot-Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1080nm und blauer Laser mit einer Wellenlänge von 455nm, drei Sätze von Experimenten sind entsprechend der Laser-Verkleidung geschwindigkeit zum Vergleich ausgelegt (siehe Tabelle 1).
Tabelle 1 Experimentelle Bedingungen der Laser verkleidung
3) Revealer High-Speed-Kamera (Revealer X213M), Beobachtung mit 1280 × 1024 @ 10000fps Parameter.
4) 808, 40WD IO-Laser, verwendet, um die Auswirkungen von Laserstrahl reflexion und Dampf fahne zu reduzieren.
Abbildung 2 Visualisiertes experimentelles Gerät
Der Sputter prozess des geschmolzenen Pools unter verschiedenen Laser wellenlängen, der von der Revealer-Hoch geschwindigkeit kamera erfasst wird, ist in Abbildung 3 dargestellt. Die Analyse ist wie folgt:
1) Es gibt zwei Arten der Bewegung von Sprüh spritzern. Eines ist "Tröpfchen spritzer", das der Richtung der Beschichtung verarbeitung entgegen gesetzt ist. Es wird durch Marangoni-Fluss und Dampf rückstoß druck verursacht. Während des Spritz vorgangs bilden sich nach dem Abkühlen kugelförmige Tröpfchen. Das andere ist "Pulvers pritzer" entlang der Richtung der Laser umhüllung, das aus geschmolzenem oder ungeschmolzenem Metall in der Nähe des Laserstrahls stammt und unter der Extrusion des Rückstoß drucks nach außen spritzt.
2) Durch Vergleich wird festgestellt, dass die Infrarot-Laser verkleidung im Vergleich zum blauen Laser eine große Menge an Spritzern in der Pulvers chicht erzeugt. Wenn die Abtast geschwindigkeit 50 mm/s beträgt, spritzen die Sputter objekte haupt sächlich Pulver. Dies liegt daran, dass, wenn die Abtast geschwindigkeit 50 mm/s beträgt, die Eingangs wärme des Lasers begrenzt ist, das Kupfer material ein hohes Reflexions vermögen unter Infrarot laser aufweist. und die vom Pulver absorbierte Energie reicht nicht aus, um sein Schmelzen zu unterstützen, was zu einer schlechten Stabilität des geschmolzenen Pools führt. Wenn die Scan geschwindigkeit abnimmt, ändert sich das Sputtern vom Spritzen des Pulvers zum Tröpfchen spritzen. Der Anstieg der Wärme führt zu einem Anstieg des Metall dampfs über dem geschmolzenen Pool und bildet einen Rückstoß druck nach unten.
3) Wenn die Temperatur des reinen Kupfer materials den Schmelzpunkt erreicht, ändert sich die Absorptions rate des Infrarot lasers durch Kupfer schnell, wodurch die Instabilität des geschmolzenen Pools zunimmt. Da der Infrarot laser eine Gaußsche Wärmequelle ist, bewirkt die hohe Energie intensität in der Mitte der Wärmequelle, dass das Material nach Erreichen des Schmelzpunkts schnell zum Siedepunkt aufsteigt. verursacht lokale Schlüssel loch phänomene in der Beschichtung, was die Instabilität des geschmolzenen Pools verschl immert, Und die Tröpfchen werden leicht durch den Metall dampf beschleunigt und bewegen sich rückwärts. Daher ist es wahr schein licher, dass eine Infrarot laser verkleidung aus reinen Kupfer materialien Spritzer erzeugt.
4) Unter Blaulicht-Laser-Verkleidung, wenn die Scan-Geschwindigkeit 50 mm/s beträgt, ist der Spritzer haupt sächlich "Pulver-Sputtern". Wenn die Scan geschwindigkeit abnimmt, verwandelt sich das Spritzen des Pulvers allmählich in Tröpfchen spritzen. Reines Kupfer material unter Blaulicht laser hat eine hohe Absorptions rate, schmilzt schnell unter dem Laserstrahl und feuert sofort und breitet sich auf dem Substrat aus. Da die Absorptions rate von reinem Kupfer material unter blauem Laser beim Schmelzen des Materials nicht signifikant ansteigt, ist der Schmelz prozess stabil und es gibt weniger Spritzer.
5) Nach der Laser umhüllung wurden die makros kopische Morphologie, Mikros truktur und Mikro härte der Beschichtung durch draht geschnittene EDM-Proben weiter untersucht: die Oberflächen makro morphologie der Beschichtung wurde unter Verwendung eines optischen Tiefen mikroskops beobachtet, und der Querschnitt der Beschichtung wurde unter Verwendung eines optischen Mikroskops untersucht. Die Mikros truktur und die Element verteilung der Beschichtung wurden unter Verwendung eines Raster elektronen mikroskops untersucht, und die Mikro härte verteilung der Beschichtung unter verschiedenen Laser parametern wurde unter Verwendung eines Mikro härte testers gemessen.
Abbildung 3 Sputtern des geschmolzenen Pools unter Infrarot-und blauen Laser wellenlängen, die von einer Hoch geschwindigkeit kamera erfasst werden
Diese Studie verwendete eine visuelle experimentelle Methode einschl ießlich Hoch geschwindigkeit fotografie, um eine horizontale Vergleichs studie der reinen Kupfer verkleidung mit Infrarot laser und Blaulicht laser durch zuführen. Die Unterschiede zwischen Infrarot-Laser verkleidung und blauer Laser verkleidung wurden systematisch anhand der Arten von Spritzern während des Verkleidung prozesses, der Beschichtung morphologie, der Mikros truktur, der Element verteilung und der mechanischen Eigenschaften untersucht.
Die Schluss folgerungen des Hochgeschwindigkeitskamera-Visual isierungs experiments lauten wie folgt: Während des Blaulicht-Verkleidung prozesses werden Tröpfchens pritzer und Pulvers pritzer deutlich reduziert. Reines Kupfer material hat eine höhere Energie absorptions rate unter 455nm blauem Laser. Darüber hinaus ist der blaue Lasers chmelz pool stabiler und reduziert Spritzer, die durch die Instabilität der Marangoni-Konvektion rückwärts strömung verursacht werden. Gleichzeitig macht die halb flache Energie verteilung des blauen Lasers die Erwärmung gleichmäßiger, wodurch lokale Überhitzung wirksam vermieden und Spritzer durch instabile Metall verdampfung reduziert werden können.
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