金属材料のレーザー吸収率

1.1 レーザーと材料の相互作用によって引き起こされる物質状態の変化レーザー加工は主に光熱効果に基づく熱処理です。レーザーが材料の表面を照射すると、v...。

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レーザーと材料の相互作用によって引き起こされる物理状態の変化

金属材料のレーザー加工は主に光熱効果に基づく熱加工である.レーザーが材料の表面を照射すると,異なる電力密度下で表面表面に様々な変化が起こる.これらの変化には,以下が含まれます:

溶融:材料がレーザーエネルギーを吸収すると,その温度は上昇し,溶融点に達し,材料が固体から液体に移行する.このプロセスは, レーザー溶接 , レーザー溶敷<br> レーザー・ラピッド・プロトタイプ

蒸発と升華:レーザーの強度が素早く材料の温度を沸点を超えさせるほど高くなった場合,材料は固体または液体状態からガス状態に直接移行します.このプロセスはレーザー切削,レーザー掘削,レーザー蒸発などの技術で使用されます.

固化:レーザー加熱後,液体状態から固体状態に戻る材料の過程は固化と呼ばれます.このプロセスはレーザー製造プロセス,特にレーザーブレージングおよび3Dプリンティング技術で一般的です.

焼却:レーザー加熱により,材料の内部ストレスを再分配し,それによって内部ストレスを軽減し,材料性能を改善するという目的を達成することができます.このプロセスは相変化を伴わないが,結晶構造の再配置と材料の性質の変化を引き起こすでしょう.

段階変換硬化:冷却過程で,部分材料 (例えば鋼) は段階転換を経て,顔中心立方構造 (オースティナイト) から体中心立方構造 (マルテンサイト) に移行する.この変換により,材料の硬さと強度が著しく向上する.レーザー quenchingは,レーザー加熱と

光化学反応:レーザー bestrainingは材料の光化学反応も引き起こすことができます.これらの反応には,物理的プロセス (光解,光聚合など) だけならず,物質の性質を根本的に変えることができる化学的プロセスも含まれます.この原則は,光立体学や材料表面修正などの分野で使用されています.

光色性:一部の材料はレーザー照射によって光色反応を受け,すなわち材料の色が変化する.この変化は光エネルギーを吸収した後に材料の電子構造の変化によって引き起こされる.この技術はデータストレージやディスプレイ技術などの分野において潜在的な応用価値があります.

適切な作用メカニズムが下図に示されています.

レーザー電力の密度が低いとき (<10^4w/cm^2) 放射線時間は短く,金属に吸収されるレーザーエネルギーは,表面から内側まで材料の温度を上昇させるしかありませんが,固体相は変化しません. 主に部品の焼却と相変化硬化に使用されます.主に切削ツール,歯車,ベアリングです.
レーザー電力の密度が増加するにつれて (10^4~10^6w/cm^2) bestradiation time が長くなってきます材料の表面層が徐々に溶けていく.入力エネルギーが増加するにつれて,液体固体相インターフェースは徐々に材料の深さに向かって移動する.このこの物理プロセスは主に表面再溶融,合金,コーティングおよび金属の熱伝導性溶接に使用されます.
レーザー作用時間を延長する材料の表面は溶け,蒸発するだけでなく,蒸気は材料の表面近くに集まってプラズマを形成するために弱く電離されます.この薄いプラズマは,材料がレーザーを吸収するのを助けます.蒸発と膨張の圧力の下で,液体の表面は変形し,穴を形成します.この段階は,一般的に
電力密度がさらに増加した場合 (>10^7w/cm^2) 放射線時間が長くなる場合,材料の表面は強く蒸発してより高い電離度を持つプラズマを形成します.この密度の高いプラズマはレーザーにシールド効果を持ち,レーザー発生のエネルギー密度を物質に大幅に減少させます.同時に,大きな蒸気反応力の下で,溶融金属の中に小さな穴が形成され,通常鍵穴

異なる条件下で,異なる波長を持つレーザーは異なる金属材料を放射すると,各段階の電力密度の特定の値に一定の差がある.レーザーの材料吸収の観点から,材料の蒸発は分割線です.材料が蒸発しないとき,固体相であれ液体相であれ,そのレーザーの吸収は表面温度の増加とともにゆっくりと

表面のレーザー吸収率が レーザー溶接 レーザー電力の密度と材料表面温度によって変化します.材料が溶かされていないとき,材料の表面温度が上昇するにつれて材料のレーザー吸収率はゆっくりと増加します.電力の密度が (10 ^ 6w / cm2) 以上の場合,材料は猛烈に蒸発し,鍵穴を形成し,レーザーが鍵穴に入ると

1.2 メタル材料によるレーザーの吸収—波長

レーザー吸収メカニズム
レーザーの吸収は,金属によって主に自由電子の動きによって達成されます.レーザーは金属表面に光る時,その電磁場は金属内の自由電子を振動させます.この振動エネルギーは,熱の形で金属格子構造に移され,それによって材料を熱します.この吸収特性は,金属をレーザー加工のための優れた材料

波長の影響
短波長 (UVから可視光領域) :金属は一般的に短波長範囲で短波長レーザーをより容易に吸収する.これは金属内の自由電子が短波長光の電磁場と効果的に相互作用し,光波から金属にエネルギーを転送し,熱効果を生み出せるからです.短波長レーザーはより高い位置位置位置精度とより小さな焦点直径を達成することができ,細

中波長 (赤外線近域) ファイバーレーザー (波長約1064ナノメートル) のような近赤外線領域のレーザーは,金属に高い吸収率を持ち,金属加工で最も一般的に使用される波長範囲です.この波長レーザーは金属に深く浸透することができ,比較的高い吸収率を有し,深層加工および高効率の加工に適しています.

波長長 (遠赤外線) 波長長レーザー用: CO2レーザー (波長は約10.6ミクロン) 波長が増加するにつれて,金属によるレーザーエネルギーの吸収効率は通常低下する.これは,金属表面に長波長レーザー (遠い赤外線光などの) の反射率が高く,吸収率は低いことを意味します.金属における吸収率は比較的低い.しかし,波長は金属の自由電子平均自由経

下の図は,室温で一般的に使用される金属の反射性,吸収性および波長間の関係を示しています.赤外線領域では,波長が増加するにつれて吸収性が低下し,反射性が増加します.ほとんどの金属は10.6um (co2) 波長赤外線を強く反射しますが,1.06um (1060nm) ライトと緑のライト .