ლაზერული სხივური შედუღებამაღალი სიჩქარით, მაღალი სიზუსტითა და უკონტაქტო მახასიათებლებით, ფართოდ გამოიყენება ისეთ სფეროებში, როგორიცაა ავტომობილები, აერონავტიკა და ელექტრონული მოწყობილობები, განსაკუთრებით განსხვავებული მასალების შეერთებისას უნიკალურ უპირატესობებს ავლენს. თუმცა, შედუღების პროცესში წარმოქმნილი გამყარების ბზარები (გამყარების ბზარები) მისი სამრეწველო გამოყენების შეზღუდვის ერთ-ერთი მთავარი დეფექტია. ეს ბზარები, როგორც წესი, გამყარების ბოლოს, შედუღების ზონაში (შედუღების ზონა) წარმოიქმნება, რაც გამოწვეულია თერმული სტრესის, გამყარების შეკუმშვისა და მარცვლების საზღვრებზე თხევადი ფენის კომბინირებული ზემოქმედებით, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს შეერთების მექანიკურ თვისებებს და დაღლილობის ვადას.
1. ფორმირების მექანიზმი
გამყარების ბზარების ძირითადი მექანიზმი მდგომარეობს გამყარების ბოლოს მარცვლების საზღვრებთან ნარჩენ თხევად ფენაში. გამყარების პროცესის დროს, გამდნარი აუზი იყოფა სამ ზონად: თავისუფალი სითხის ზონა, შეზღუდული სითხის ზონა და მყარი ზონა, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 1-ში. შეზღუდული სითხის ზონაში სითხის ნაკადი დაბლოკილია და ვერ ახერხებს გამყარების შეკუმშვით წარმოქმნილი დაძაბულობის კომპენსირებას, რაც იწვევს მარცვლების საზღვრების დაყოფას. მარცვლების საზღვრის ენერგიის (γgb) და მყარი-სითხე ინტერფეისის ენერგიას (γsl) თანაფარდობა განსაზღვრავს თხევადი ფენის სტაბილურობას: თუ γgb < 2γsl, თხევადი ფენა არასტაბილურია და ხდება მარცვლების შერწყმა; პირიქით, თხევადი ფენა სტაბილურია და ბზარების წარმოქმნის ალბათობა მაღალია.
გარდა ამისა, გამყარების ბზარების წარმოქმნა ასევე დაკავშირებულია მასალების მეტალურგიულ თვისებებთან. სხვადასხვა მასალას აქვს გამყარების განსხვავებული მახასიათებლები, როგორიცაა გამყარების ტემპერატურული დიაპაზონი, გამყარების შეკუმშვის სიჩქარე და შენადნობის ელემენტების განაწილება და ა.შ. ეს მახასიათებლები გავლენას ახდენს ბზარების მგრძნობელობაზე. მაგალითად, მასალებში, რომლებიც შეიცავს დიდი რაოდენობით დაბალი დნობის წერტილის ევტექტიკური ფაზებს, გამყარების ბზარების მგრძნობელობა უფრო მაღალია, რადგან ეს ევტექტიკური ფაზები მიდრეკილნი არიან გამყარების დროს უწყვეტი თხევადი აპკების წარმოქმნისკენ, რითაც აძლიერებენ ბზარების წარმოქმნას.
დროსლაზერული შედუღების პროცესიშედუღების პარამეტრები, როგორიცაა ლაზერის სიმძლავრე, შედუღების სიჩქარე და წერტილის ზომა, ასევე გავლენას ახდენს გამყარების ბზარების წარმოქმნაზე. ეს პარამეტრები გავლენას ახდენს სითბოს შეყვანასა და ტემპერატურის გრადიენტზე შედუღების პროცესის დროს, რითაც იცვლება გამყარების სტრუქტურა და მარცვლების მორფოლოგია. მაგალითად, ლაზერის უფრო მაღალი სიმძლავრე და შედუღების უფრო დაბალი სიჩქარე იწვევს სითბოს უფრო დიდ შეყვანას და გაგრილების უფრო დაბალ სიჩქარეს, რაც ხელს უწყობს სვეტისებრი კრისტალების ზრდას და ზრდის ბზარის მგრძნობელობას. პირიქით, ლაზერის უფრო დაბალი სიმძლავრე და შედუღების უფრო მაღალი სიჩქარე იწვევს სითბოს უფრო დაბალ შეყვანას და გაგრილების უფრო სწრაფ სიჩქარეს, რაც ხელს უწყობს თანაბარი კრისტალების წარმოქმნას და ამცირებს ბზარის მგრძნობელობას.
2. ჩახშობის ზომები
გამყარების ბზარების ეფექტურად ჩასახშობადლაზერული შედუღება, მკვლევარებმა შემოგვთავაზეს სხვადასხვა სტრატეგია, რომლებიც ძირითადად ფოკუსირებულია მარცვლის სტრუქტურის კონტროლზე, შედუღების პარამეტრების ოპტიმიზაციასა და მასალის თვისებების გაუმჯობესებაზე. მარცვლის სტრუქტურის დახვეწით, შესაძლებელია მარცვლის საზღვრების რაოდენობის გაზრდა და სტრესის კონცენტრაციის შემცირება, რითაც მცირდება ბზარების წარმოქმნა. კვლევებმა აჩვენა, რომ ლაზერული სხივის რხევის ტექნოლოგიის გამოყენებით, სვეტისებრი კრისტალები შეიძლება გარდაიქმნას წვრილ თანაბარღერძიან კრისტალებად სხვა მასალების დამატების გარეშე. ლაზერული სხივის რხევას შეუძლია ლაზერული ენერგიის გაფანტვა, რაც იწვევს გამდნარი აუზის ტურბულენტობის წარმოქმნას, რითაც არღვევს სვეტისებრი კრისტალების ზრდის მიმართულებას და ხელს უწყობს თანაბარღერძიანი კრისტალების წარმოქმნას, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 3-ში. გარდა ამისა, ლაზერული სხივის რხევას ასევე შეუძლია გაზარდოს გამდნარი აუზის სიგანე, შეამციროს ტემპერატურის გრადიენტი და გაახანგრძლივოს გამდნარი აუზის გამყარების დრო, რაც ხელს უწყობს გახსნილი ნივთიერებების დიფუზიას და თხევადი აპკების შევსებას, რითაც მნიშვნელოვნად ამცირებს გამყარების ბზარების მგრძნობელობას.
მარცვლის სასაზღვრო თხევადი ფენების განაწილება სხვადასხვა ფორმის აუზების ქვეშ.
შედუღების გამდნარი აუზის სქემატური დიაგრამა, ა, ბ) რხევის გარეშე, გ, დ) გვერდითი რხევა, ე, ვ) გრძივი რხევა, ზ, თ) წრიული რხევა.
გარდა ამისა,ლაზერული სხივირხევის ტექნოლოგია, ორმაგი ლაზერული წყაროების გამოყენებით, ასევე წარმოადგენს გამყარების ბზარების ჩასახშობად ერთ-ერთ ეფექტურ მეთოდს. ორმაგი ლაზერული წყაროების გამოყენებით შესაძლებელია სვეტოვანი კრისტალებიდან თანაბარ კრისტალებად გარდაქმნის მიღწევა თერმული ციკლის ოპტიმიზაციის გზით, რითაც მცირდება მარცვლის ზომა და დეფორმაციის კონცენტრაცია. მაგალითად, CO₂ ლაზერის, როგორც მთავარი სითბოს წყაროს და Nd:YAG პულსური ლაზერის, როგორც დამხმარე სითბოს წყაროს გამოყენებისას, შედუღების დროს შესაძლებელია ოპტიმიზებული თერმული ციკლის ჩამოყალიბება, რაც ხელს უწყობს თანაბარ კრისტალების წარმოქმნას და ამცირებს გამყარების ბზარების მგრძნობელობას, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 4-ში.
შედუღების პარამეტრების ოპტიმიზაცია ასევე მნიშვნელოვანი საშუალებაა გამყარების ბზარების ჩასახშობად. ისეთი პარამეტრების რეგულირებით, როგორიცაა ლაზერის სიმძლავრე, შედუღების სიჩქარე და წერტილის ზომა, შესაძლებელია შედუღების პროცესის დროს სითბოს შეყვანისა და ტემპერატურის გრადიენტის კონტროლი, რითაც გავლენას ახდენს გამყარების სტრუქტურასა და მარცვლების მორფოლოგიაზე. კვლევებმა აჩვენა, რომ წინასწარი გაცხელებით დამუშავებას შეუძლია შეამციროს გაგრილების სიჩქარე, ხელი შეუწყოს თანაბარღერძიანი კრისტალების წარმოქმნას და ამით შეამციროს გამყარების ბზარების მგრძნობელობა, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 5-ში. გარდა ამისა, ისეთი მეთოდები, როგორიცაა პულსური ლაზერული შედუღების გამოყენება და შედუღების სიჩქარის გაზრდა, ასევე შეიძლება მიღწეულ იქნას სვეტოვანი კრისტალებიდან თანაბარღერძიან კრისტალებად გარდაქმნა სითბოს შეყვანისა და გაგრილების სიჩქარის შეცვლით, რითაც მცირდება ბზარების მგრძნობელობა.
სურათი 5. ა) გაუცხელებელი, ბ) 300°C-ზე წინასწარ გახურებული თანაბარი ღერძიანი მარცვლები.
ლაზერებით განსხვავებული მასალების შედუღებისას, მასალებს შორის ფიზიკური და ქიმიური თვისებების მნიშვნელოვანი განსხვავებების გამო, მიდრეკილია მყიფე ინტერლითონური ნაერთების წარმოქმნისკენ, რაც გამყარების ბზარების ერთ-ერთი მთავარი მიზეზია. ამიტომ, ლაზერის პარამეტრებისა და პარამეტრების რეგულირება ინტერლითონური ნაერთების წარმოქმნის ან რაოდენობის შესამცირებლად ასევე მნიშვნელოვანი სტრატეგიაა გამყარების ბზარების ჩასახშობად. მაგალითად, სპილენძ-ალუმინის განსხვავებული მასალების ლაზერული შედუღებისას, ლაზერული სხივის გადახრისა და შედუღების სიჩქარის კონტროლით, შესაძლებელია გამდნარ აუზში სპილენძისა და ალუმინის შერევის თანაფარდობის შემცირება, რითაც მცირდება მყიფე ინტერლითონური ნაერთების წარმოქმნა და ბზარების მგრძნობელობა. გარდა ამისა, შემავსებელი მასალების გამოყენებამ ასევე შეიძლება გააუმჯობესოს შედუღებული შეერთების მუშაობა და შეამციროს ბზარების წარმოქმნა. შემავსებელ მასალებს შეუძლიათ შეამცირონ ინტერლითონური ნაერთების წარმოქმნა შედუღებული შეერთების შემადგენლობისა და მიკროსტრუქტურის შეცვლით და შედუღებული შეერთების სიმტკიცის გაუმჯობესებით.
გამყარების ბზარები ლაზერული შედუღების პროცესების ერთ-ერთი გავრცელებული დეფექტია. მათი ფორმირების მექანიზმი რთულია და მოიცავს მრავალი ფაქტორის ურთიერთქმედებას, როგორიცაა სითბო, მექანიკა და მეტალურგია. გამყარების ბზარების ფორმირების მექანიზმის ღრმა შესწავლით, შესაძლებელია ბზარების ჩახშობის თეორიული საფუძვლის შექმნა. ბოლო წლებში მკვლევარებმა შემოგვთავაზეს გამყარების ბზარების ჩახშობის სხვადასხვა სტრატეგია, რომლებიც ძირითადად ფოკუსირებულია მარცვლოვანი სტრუქტურის კონტროლზე, შედუღების პარამეტრების ოპტიმიზაციასა და მასალის თვისებების გაუმჯობესებაზე. პრაქტიკამ დაამტკიცა, რომ ამ სტრატეგიებს შეუძლიათ ეფექტურად შეამცირონ გამყარების ბზარების მგრძნობელობა გარკვეულწილად და გააუმჯობესონ ლაზერული შედუღების ხარისხი და საიმედოობა. თუმცა, ლაზერული შედუღების პროცესის სირთულისა და მრავალფეროვნების გამო, მიმდინარე კვლევებში ჯერ კიდევ არსებობს გარკვეული ხარვეზები. მაგალითად, სხვადასხვა მასალისა და შედუღების პირობებში გამყარების ბზარების ინჰიბირების მექანიზმებისთვის, საჭიროა შემდგომი სიღრმისეული კვლევა.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 20 მარტი
