Depuis longtemps, la technologie laser est connue pour son utilisation intensive en soudage, découpe et marquage, et ce n'est qu'au cours de ces deux années, avec la popularisation progressive du nettoyage laser, que le concept de traitement de surface laser s'est imposé de plus en plus. le centre de l'attention et est apparu dans l'esprit des gens. Traitement laser sans contact, haute flexibilité, haute vitesse, pas de bruit, petite zone affectée par la chaleur sans endommager le substrat, pas de consommables et environnement à faible teneur en carbone.
Traitement de surface au lasera en fait un très grand nombre de catégories d'applications en plus du nettoyage laser, telles que le polissage laser, le revêtement laser, la trempe laser, etc. Ces méthodes sont utilisées pour modifier les propriétés physico-chimiques spécifiques de la surface du matériau, par exemple pour rendre la surface traitée dans une fonction hydrophobe, ou des impulsions laser pour produire un diamètre d'environ 10 microns, la profondeur de seulement quelques microns de petites dépressions. , afin d'augmenter la rugosité, d'améliorer l'adhérence de la surface, etc.
En plus denettoyage au laser, connaissez-vous les types de traitement de surface laser suivants ?
Trempe laser
La trempe laser est l'une des solutions pour l'usinage de composants complexes et très sollicités, permettant des contraintes plus élevées et une durée de vie plus longue pour les pièces à forte usure, telles que les arbres à cames et les outils de pliage.
Il fonctionne en chauffant la peau d'une pièce contenant du carbone à une température légèrement inférieure à la température de fusion (900 - 1400 degré, 40 pour cent de la puissance irradiée est absorbée), de sorte que les atomes de carbone dans le réseau métallique soient réorganisés ( austénitisation), puis le faisceau laser chauffe régulièrement la surface dans la direction de l'alimentation, et le matériau autour du faisceau laser refroidit si rapidement lorsque le faisceau laser se déplace que le réseau métallique est incapable de revenir à sa forme originale, ce qui entraîne martensite, ce qui provoque une formation de martensite et une augmentation significative de la dureté.
La profondeur de durcissement des couches externes d'acier au carbone obtenue par durcissement au laser est généralement de 0,1-1,5 mm et peut être de 2,5 mm ou plus dans certains matériaux. Les avantages par rapport aux méthodes de durcissement conventionnelles sont :
1. L'apport de chaleur ciblé est limité à une zone localisée, ce qui entraîne pratiquement aucune déformation des composants pendant l'usinage. Les coûts de reprise sont réduits, voire complètement éliminés ;
2. durcissement même sur des géométries complexes et des composants de précision, permettant un durcissement précis de surfaces fonctionnelles localement restreintes qui ne peuvent pas être durcies par les méthodes de durcissement conventionnelles ;
sans distorsion. Les processus de durcissement conventionnels produisent une distorsion due à un apport d'énergie et une trempe plus élevés, mais pendant le durcissement au laser, l'apport de chaleur peut être contrôlé avec précision grâce à la technologie laser et au contrôle de la température. Le composant reste pratiquement intact ;
La géométrie de dureté du composant peut être modifiée rapidement et « à la volée ». Cela signifie qu'il n'est pas nécessaire de convertir l'optique/l'ensemble du système.
Lpilosité aser
Le grossissement au laser est l'un des outils de traitement pour la modification de surface des matériaux métalliques. Lors du processus de structuration, le laser crée des géométries régulièrement disposées en couches ou substrats afin de modifier délibérément les propriétés techniques et de développer de nouvelles fonctions. Le processus implique généralement l’utilisation d’un rayonnement laser (généralement de courtes impulsions de lumière laser) pour générer de manière reproductible des géométries régulièrement disposées sur une surface. Le faisceau laser fait fondre le matériau de manière contrôlée et est solidifié dans la structure définie par une gestion de processus appropriée.
Par exemple, les structures de surface hydrophobes permettent à l'eau de s'écouler de la surface. La création de structures submicroniques sur des surfaces avec des lasers à impulsions ultracourtes permet de réaliser cette propriété, et la structure à créer peut être contrôlée avec précision en faisant varier les paramètres du laser. L'effet inverse, par exemple des surfaces hydrophiles, peut également être obtenu.
Panneaux automobiles à peindre, vous devez rendre la surface de la plaque mince uniforme de distribution de "micro-pit" pour améliorer l'adhérence de la peinture, avec des milliers à des dizaines de milliers de fois par seconde un faisceau laser pulsé se concentrant sur la surface de l'incident du rouleau sur le rouleau, au point de focalisation à la surface du rouleau pour former un petit pool soluble, en même temps du côté du pool micro-soluble soufflant, de sorte que le pool soluble de matériau fondu selon les exigences spécifiées autant que possibilité de s'entasser jusqu'à la piscine ! Le bord de la formation de languettes en forme d'arc, ces petites languettes et micro-piqûres peuvent non seulement améliorer la rugosité de la surface du matériau pour augmenter l'adhérence de la peinture, mais également améliorer la dureté de la surface du matériau pour prolonger la durée de vie.
Certaines propriétés sont générées par la structuration laser, comme les propriétés de frottement ou la conductivité électrique et thermique de certains matériaux métalliques. De plus, la structuration au laser augmente la force de liaison et la durée de vie de la pièce.
Par rapport aux méthodes traditionnelles, la structuration des surfaces au laser est plus respectueuse de l'environnement, car elle ne nécessite aucun agent de sablage ou produit chimique supplémentaire ; répétables et précis, les lasers permettent de contrôler des structures précises au micron près et très faciles à reproduire ; peu d'entretien, les lasers sont sans contact et donc absolument sans usure par rapport aux outils mécaniques à usure rapide ; et il n'y a pas besoin de post-traitement, sans fusion ni autres résidus d'usinage laissés sur la pièce traitée au laser.
Finition de surface éblouissante au laser
La trempe laser est couramment utilisée dans le traitement de surface éblouissant au laser, également connu sous le nom de marquage couleur laser. Le principe du processus est que le matériau chauffant au laser, le métal chauffant localement légèrement en dessous de son point de fusion, dans les paramètres de processus appropriés, à ce moment-là, la structure de la porte va changer ; dans la surface de la pièce formera une couche d'oxyde, cette couche de film dans l'irradiation lumineuse, l'interférence de la lumière incidente de sorte qu'une variété de couleurs tempérées à ce moment, la surface de la couche générée par cette couche de couche de marquage colorée, Sans avoir besoin de changer l'angle d'observation, le motif de marquage sera modifié à partir d'une variété de couleurs différentes.
Ces couleurs restent stables en température jusqu'à env. 200 degrés. À des températures plus élevées, le portail revient à son état d'origine - le marquage disparaît. La qualité de la surface est préservée intacte. Un haut degré de sécurité et de traçabilité est atteint dans les applications anti-contrefaçon. Outre le nouveau marquage noir avec des lasers à impulsions ultracourtes, qui s'est imposé ces dernières années dans le domaine de la technologie médicale, il est également parfaitement adapté au marquage de produits et donc à une traçabilité unique selon la directive UDI.
Fusion au laser
Il s’agit d’un procédé de fabrication additive adapté aux matériaux métalliques et hybrides métal-céramique. Grâce à cela, des géométries 3D peuvent être créées ou modifiées. Grâce à cette méthode de production, les lasers peuvent également être utilisés pour la réparation ou le revêtement. Ainsi, dans le secteur aérospatial, la fabrication additive est utilisée pour réparer les aubes de turbine.
Dans la fabrication d'outils et de moules, les bords fissurés ou usés et les surfaces fonctionnelles déformées peuvent être réparés, voire localement blindés. Pour éviter l'usure et la corrosion, les emplacements des roulements, les rouleaux ou les composants hydrauliques sont recouverts de technologie énergétique ou de pétrochimie. La fabrication additive est également utilisée dans la construction automobile. De nombreux composants sont modifiés ici.
Dans le revêtement métallique laser conventionnel, le faisceau laser chauffe d'abord localement la pièce puis forme un bain de fusion. De fines poudres métalliques sont ensuite pulvérisées depuis la buse de la tête de traitement laser directement dans le bain de fusion. Lors de la fusion laser à grande vitesse du métal, les particules de poudre sont déjà chauffées presque jusqu'à la température de fusion au-dessus de la surface du substrat. En conséquence, il faut moins de temps pour faire fondre les particules de poudre.
L’effet : une augmentation significative de la vitesse du processus. Grâce à des effets thermiques moindres, la fusion laser à grande vitesse des métaux permet également de revêtir des matériaux très sensibles à la chaleur, tels que les alliages d'aluminium et les alliages de fonte. Avec le procédé HS-LMD, des débits de surface élevés allant jusqu'à 1 500 cm²/min peuvent être obtenus sur des surfaces à symétrie de rotation, tandis que des vitesses d'avance allant jusqu'à plusieurs centaines de mètres par minute peuvent être atteintes.
Les pièces ou moules coûteux peuvent être réparés rapidement et facilement grâce au revêtement métallique laser à poudre. Les dommages, petits ou grands, peuvent être réparés rapidement et presque sans laisser de traces. Des modifications de conception sont également possibles. Cela permet d'économiser du temps, de l'énergie et du matériel. C'est particulièrement intéressant pour les métaux coûteux comme le nickel ou le titane. Des exemples typiques d'applications sont les aubes de turbine, divers pistons, vannes, arbres ou moules.
Traitement thermique au laser
Des milliers de lasers miniatures (VCSEL) sont montés sur une seule puce. Chaque émetteur est équipé de 56 puces de ce type, tandis qu'un module est constitué de plusieurs émetteurs. La zone de rayonnement rectangulaire peut contenir des millions de micro-lasers et produire plusieurs kilowatts de puissance laser infrarouge.
Les VCSEL génèrent des faisceaux proche infrarouge avec une intensité de rayonnement de 100 W/cm² au moyen d'une grande section transversale de faisceau rectangulaire directionnelle. En principe, cette technologie convient à tous les processus industriels qui nécessitent un contrôle extrêmement précis des surfaces et de la température.
Les modules de traitement thermique au laser sont particulièrement adaptés aux applications de chauffage de grandes surfaces où précision et flexibilité sont requises. Comparé aux méthodes de chauffage conventionnelles, ce nouveau processus de chauffage offre un degré plus élevé de flexibilité, de précision et de réduction des coûts.
La technologie peut être utilisée pour sceller les cellules en sachet afin d’empêcher le papier d’aluminium de se froisser, prolongeant ainsi la durée de vie des cellules. Il peut également être utilisé dans des applications telles que le séchage des feuilles de cellules, l'imprégnation légère des panneaux solaires et le traitement précis de la zone à chauffer pour des matériaux spécifiques tels que les plaquettes d'acier et de silicium.
Polissage laser
Le mécanisme detechnologie de polissage au laserIl s'agit d'une fusion superficielle étroite et d'une fusion superficielle sur fusion, reposant sur la refusion de la surface et la resolidification de la couche refondue au laser. Lorsqu'une surface métallique est irradiée par un laser avec une énergie suffisamment élevée, la surface subit un certain degré de refusion et de redistribution, et des surfaces lisses sont obtenues par les contraintes de traction superficielles et la gravité avant solidification.
L'épaisseur totale de la couche de fusion est inférieure à la hauteur du creux au sommet, permettant ainsi à tout le métal en fusion de remplir les creux voisins, la force motrice de ce remplissage étant l'effet capillaire, tandis qu'une couche de fusion plus épaisse induit le métal liquide. pour s'écouler vers l'extérieur à partir du centre du bain de fusion, la force motrice de la redistribution étant l'effet thermo-capillaire ou effet Marconi.
Exemples d'application tels que la céramique de carbure de silicium, le matériau pour les composants optiques légers et de grande taille des télescopes (en particulier les miroirs de grande taille et de forme complexe.) Le RB-SiC, en tant que matériau typique à phase complexe de haute dureté, a un processus difficile et inefficace. technique de polissage de précision des surfaces. En modifiant la surface du RB-SiC pré-revêtu de poudre de Si par laser femtoseconde, une surface optique avec une rugosité de surface Sq de 4,45 nm peut être obtenue après seulement 4,5 heures de polissage, ce qui améliore l'efficacité du polissage de plus de trois fois par rapport à meulage et polissage directs. Le polissage laser est également largement utilisé dans le polissage des moules, des cames et des aubes de turbine.
Projection laser
Le grenaillage par impact laser, également connu sous le nom de sablage laser, est une irradiation laser à haute densité d'énergie, à focalisation élevée et à impulsions courtes (λ=1053 nm) de la surface des pièces métalliques, du métal de surface (ou de la couche d'absorption) dans le densité de puissance élevée du rôle du laser dans la formation instantanée de l'explosion du plasma, l'explosion de l'onde de choc dans les contraintes sur la couche limite des pièces métalliques à l'intérieur du transfert de sorte que la couche superficielle de grains produise une déformation plastique compressive dans la surface couche des pièces dans une plage plus épaisse Obtenez une contrainte de compression résiduelle, un raffinement du grain et d'autres effets de renforcement de surface. Par rapport au grenaillage mécanique traditionnel, il présente les avantages suivants
1. Forte directionnalité : le laser agit sur la surface métallique selon un angle contrôlé, avec une efficacité de conversion d'énergie élevée, tandis que l'angle d'impact du projectile mécanique est aléatoire ;
2. Grande force : explosion de plasma laser générée par la pression instantanée jusqu'à plusieurs GPa ; densité de puissance : la densité de puissance maximale de l'impact laser atteint plusieurs dizaines de GW/cm2 ;
Bonne intégrité de la surface : l'impact du laser sur la surface n'entraîne presque aucun effet de pulvérisation, et après le grenaillage mécanique, la morphologie de la surface est endommagée pour produire des concentrations de contraintes.
L'impact laser après la valeur de contrainte de compression maximale est meilleur, la contrainte de compression résiduelle de surface a augmenté d'environ 40 à 50 pour cent, la durée de vie en fatigue de la pièce, la résistance aux hautes températures et au moulage par flexion et d'autres indicateurs connexes de valeur numérique ont été considérablement améliorés. . Actuellement, il a été appliqué dans le domaine du traitement de surface des avions, du traitement de surface des moteurs d’avion, etc.
