금속 물질의 레이저 흡수율

레이저와 재료의 상호 작용으로 인한 물리적 상태의 변화 레이저가 물질 표면을 비추면...

레이저와 물질의 상호 작용으로 인한 물리적 상태의 변화

금속 물질의 레이저 가공은 주로 광열 효과에 기반한 열 가공입니다. 레이저가 물질의 표면을 비추면 다른 전력 밀도에서 다양한 다른 변화가 발생합니다.이 변화에는 다음이 포함됩니다.

녹음: 재료가 레이저 에너지를 흡수하면 온도가 상승하여 녹는 지점에 도달하여 물질이 고체에서 액체로 전환하게됩니다. 이 과정은레이저 용접,레이저 클래딩, 레이저 빠른 프로토타입 제작

증발 및 수브림: 레이저의 강도가 급격히 물체의 온도를 끓는 지점 이상으로 올릴 정도로 높으면, 물체는 고체 또는 액체 상태에서 가스 상태로 직접 전환됩니다. 이 과정은 레이저 절단, 레이저 드릴링 및 레이저 증발과 같은 기술에서 사용됩니다.

응고: 레이저 가열 후 액체 상태에서 고체 상태로 돌아가는 물질의 과정은 응고라고합니다. 이 과정은 레이저 제조 과정에서 특히 레이저 용접 및 3D 프린팅 기술에서 일반적입니다.

앙일링: 레이저 가열을 통해 재료의 내부 스트레스가 재분배 될 수 있으며, 이로 인해 내부 스트레스를 줄이고 재료 성능을 향상시키는 목적을 달성 할 수 있습니다. 이 과정은 단계 변화에 동반되지 않지만 결정 구조의 재배열과 재료 특성의 변화를 유발합니다.

단계 변환 경화: 특정 재료 (제철과 같이) 는 냉각 과정에서 단계 전환을 겪으며 얼굴 중심의 큐브 구조 (오스텐타이트) 에서 몸 중심의 큐브 구조 (마르텐사이트) 로 전환합니다. 이 변환은 재료의 경화와 강도를 크게 향상시킵니다. 레이저 진압은 레이저 가열

광화학 반응: 레이저 방사선 또한 물질에 광화학 반응을 유발할 수 있습니다. 이러한 반응에는 물리적 과정 (광분석, 광 중합화)뿐만 아니라 물질의 특성을 근본적으로 바꿀 수있는 화학 과정도 포함됩니다. 이 원리는 광화학 및 재료 표면 수정과 같은 분야에서 사용됩니다.

광색성: 일부 재료는 레이저 방사선 아래에서 광색성 반응을 일으키고, 즉 물질의 색상의 변화가 발생합니다. 이 변화는 빛 에너지를 흡수 한 후 물질의 전자 구조의 변화로 인해 발생합니다. 이 기술은 데이터 저장 및 디스플레이 기술과 같은 분야에서 잠재적 응용 가치가 있습니다.

해당 작용 메커니즘은 아래 그림에서 나타납니다.

레이저 전력 밀도가 낮을 때 (<10^4w/cm^2)방사능 시간은 짧고, 금속에 흡수되는 레이저 에너지는 물질의 온도를 표면에서 내부로 증가시킬 수 있지만 고체 단계는 변하지 않습니다. 주로 부분, 주로 절단 도구, 과 베어링의 고열 및 단계 변화 경화에 사용됩니다.
레이저 전력 밀도가 증가하면 (10^4 ~ 10^6w / cm ^ 2) 및 방사선 시간이 길어집니다., 재료의 표면 층은 점차 녹아. 입력 에너지가 증가함에 따라 액체-고체 단계 인터페이스는 점차 재료의 깊이를 향해 이동합니다. 이 이 물리적 과정은 주로 표면 재 녹화, 합금, 클래싱 및 열 전도성 용접에 사용됩니다.
더 이상 전력 밀도를 증가 (> 10 ^ 6w / cm ^ 2) 및 레이저 작용 시간을 연장이 얇은 플라즈마는 물질이 레이저를 흡수하도록 도와줍니다. 증발과 팽창의 압력 아래, 액체 표면은 변형되어 구멍을 형성합니다. 이 단계는 레이저 용접에 사용될 수 있습니다. 일반적으로 0.5mm 내의 마이크로 연결의 열 전도성 용접에 사용됩니다.
만약 전력 밀도가 더 증가하면 (>10^7w/cm^2)방사능 시간이 길어지면 물질의 표면이 더 높은 이온화 정도를 가진 플라스마를 형성하기 위해 강하게 증발합니다. 이 밀도가 높은 플라스마는 레이저에 보호 효과를 가지고 있으며, 레이저가 물질로 침투하는 에너지 밀도를 크게 감소시킵니다. 동시에 큰 증기 반응 힘 아래로 용광 금속 내부에 작은 구멍이 형성됩니다

다른 조건에서, 다른 파장 레이저가 다른 금속 물질을 방사할 때, 각 단계에서 전력 밀도의 특정 값에 특정 차이가 있을 것입니다. 레이저의 물질 흡수 측면에서, 물질의 증발은 분할선입니다. 물질이 증발하지 않을 때, 그것은 고체 단계 또는 액체 단계에 있는지, 레이저의 흡수는 표면 온

아래 그림은 레이저 흡수율을 어떻게 보여줍니다레이저 용접레이저 전력 밀도와 재료 표면 온도와 함께 변화합니다. 재료가 녹지 않을 때, 재료의 레이저 흡수율은 재료의 표면 온도가 증가함에 따라 천천히 증가합니다. 전력 밀도가 (10 ^ 6w / cm2) 보다 높으면 물질은 격렬하게 증발하여 열쇠 구멍을 형성하고 레이저는 열쇠 구멍에 들어가

1.2 레이저의 금속 재료 흡수 — 파장

레이저 흡수 메커니즘:
레이저의 흡수는 주로 자유 전자의 움직임에 의해 달성됩니다. 레이저가 금속 표면에 빛날 때, 그 전자기장은 금속의 자유 전자를 진동하도록 유도합니다.이 진동 에너지는 열의 형태로 금속 격자 구조로 전달되어 물질을 가열합니다. 금속의 이러한 흡수 특성은 레이저 처리에 훌륭한

파장의 효과
짧은 파장 (UV에서 가시광선 영역): 금속은 일반적으로 짧은 파장 범위에서 짧은 파장 레이저를 더 쉽게 흡수합니다. 이것은 금속의 자유 전자가 짧은 파장 빛의 전자기장과 효과적으로 상호 작용하여 빛 파선에서 열 효과를 만들어 금속으로 에너지를 전달 할 수 있기 때문입니다. 짧은 파장 레이저는 더 높은 위치 정확성과 작은 초점 지름을 달성 할 수

중파 (외선 근처 지역):섬유 레이저 (파파 길이가 약 1064 나노미터) 와 같은 근 적외선 영역의 레이저는 금속에서 높은 흡수율을 가지고 있으며 금속 가공에서 가장 일반적으로 사용되는 파파 범위입니다.이 파파 길이의 레이저는 금속으로 깊숙이 침투 할 수 있으며 상대적으로 높은 흡수율을 가지고 있으며,

긴 파장 (멀고 적외선 영역):장파 레이저용, 예를 들어코산화탄소 레이저(파장은 약 10.6 미크론) 파장이 증가함에 따라 레이저 에너지의 흡수 효율은 일반적으로 금속에 의해 감소합니다. 이것은 금속 표면에 긴 파장 레이저 (멀고 적외선 빛과 같은) 의 반사율이 높고 흡수율이 낮다는 것을 의미합니다. 금속에서의 흡수율은 상대적으로 낮습니다

아래 그림은 방온에서 일반적으로 사용되는 금속의 반사성, 흡수성 및 파장 사이의 관계를 보여줍니다. 적외선 영역에서 흡수성은 파장이 증가함에 따라 감소하고 반사성은 증가합니다. 대부분의 금속은 10.6um (co2) 파장 적외선을 강하게 반사하지만 1.06um (1060nm) 파장 적외선에서빛과 녹색 빛.