التكسية بالليزر (LC)
التكسية بالليزر (LC) هي عملية متقدمة لتعديل الأسطح والتصنيع بالإضافة، يصهر فيها شعاع الليزر مادة التغذية وطبقة سطحية رقيقة من الركيزة، مكوّناً رابطة ميتالورجية قوية.
مبدأ عمل العملية
- توليد الشعاع: ينتج ليزر دايود أو ألياف أو CO₂ عالي القدرة شعاعاً مركزاً.
- تكوين حوض الانصهار: يوجَّه الليزر إلى سطح القطعة، فينشئ فوراً حوض انصهار موضعياً في الركيزة.
- تغذية المادة: تُغذّى منطقة تفاعل الليزر باستمرار عبر فوهة متخصصة بمسحوق معدني يحمله غاز خامل أو بسلك معدني.
- الانصهار والسبك: تنصهر مادة التغذية وتختلط بمادة الركيزة داخل حوض الانصهار.
- التصلب: مع تحرك رأس الليزر، يبرد المعدن المنصهر سريعاً ويكوّن مسار ترسيب كثيفاً.
- تكوين الطبقة: تنشئ المسارات المتداخلة المتتالية طلاءً متصلاً مقاوماً للبلى أو لاستعادة الأبعاد.
مزايا التكسية بالليزر
- رابطة ميتالورجية: بخلاف رش APS وFS وHVOF الذي ينتج أساساً رابطة ميكانيكية، تدمج التكسية بالليزر المواد ميتالورجياً، فتمنح مقاومة استثنائية لانفصال الطلاء.
- تخفيف محدود: لا تتجاوز نسبة مادة الركيزة في الطبقة المترسبة 3–5%، مما يحافظ على خصائص مادة التغذية منذ الطبقة الأولى.
- منطقة تأثر حراري صغيرة (HAZ): يحد التسخين الموضعي من الاعوجاج والتشوه والتغيرات البنيوية في القطعة.
- كثافة استثنائية: تكون مسامية المعدن المترسب شبه معدومة، وعادةً أقل من 0.1%.
- كفاءة استخدام المواد: يقلل التموضع الدقيق للشعاع من سماحية التشغيل المطلوبة للتشطيب اللاحق.
العيوب والقيود
- تكلفة أولية مرتفعة: تتطلب أنظمة الليزر والمناولات الآلية ورؤوس المعالجة البصرية استثمارات كبيرة.
- احتمال التشقق: قد يسبب التبريد السريع جداً تشققات في السبائك الصلبة والهشة، خصوصاً ذات المحتوى العالي من الكربيدات، لذا قد يلزم التسخين المسبق.
- إنتاجية الأحجام الكبيرة: يكون معدل ترسيب الطبقات السميكة والأحجام الكبيرة أقل من اللحام القوسي التقليدي، رغم تفوق جودة التكسية بالليزر.
- متطلبات السلامة: تلزم حواجز واقية خاصة لاحتواء إشعاع الليزر الخطر.
التطبيقات
- الإصلاح والاستعادة: إعادة بناء أعناق أعمدة المرفق ودوارات التوربينات والتسنينات وأسطح المحامل أو التركيب المتآكلة.
- الصناعات الثقيلة: حماية قضبان الأسطوانات الهيدروليكية في معدات التعدين والحفر من التآكل والتخديش.
- توليد الطاقة: تطبيق سبائك Stellite المقاومة للحرارة والتعرية على أسطح إحكام الصمامات والصمامات البوابية.
- الطباعة ثلاثية الأبعاد (DED): إنتاج مكوّنات معدنية معقدة من البداية باستخدام الترسيب بالطاقة الموجهة طبقةً بعد طبقة.