Кафшери лазерӣ, бо суръати баланд, дақиқии баланд ва хусусиятҳои ғайритамосии худ, дар соҳаҳо ба монанди автомобилҳо, аэрокосмос ва дастгоҳҳои электронӣ васеъ истифода мешавад, махсусан дар пайваст кардани маводҳои гуногун бартариҳои беназир нишон медиҳад. Аммо, тарқишҳои сахтшавӣ (Шикастани сахтшавӣ), ки ҳангоми раванди кафшер ба вуҷуд меоянд, яке аз камбудиҳои калидӣ мебошанд, ки истифодаи саноатии онро маҳдуд мекунанд. Ин тарқишҳо одатан дар охири сахтшавӣ дар минтақаи омезиш (Минтақаи омезиш) ба вуҷуд меоянд, ки дар натиҷаи таъсири якҷояи фишори гармӣ, коҳиши сахтшавӣ ва плёнкаи моеъ ба сарҳадҳои дона ба вуҷуд меоянд ва хосиятҳои механикӣ ва мӯҳлати хастагии пайвандро ба таври назаррас коҳиш медиҳанд.
1. Механизми ташаккул
Механизми асосии тарқишҳои сахтшавӣ дар плёнкаи моеъи боқимонда дар сарҳадҳои дона дар охири сахтшавӣ ҷойгир аст. Дар раванди сахтшавӣ, ҳавзи гудохта ба се минтақа тақсим мешавад: минтақаи моеъи озод, минтақаи моеъи маҳдуд ва минтақаи сахт, чунон ки дар расми 1 нишон дода шудааст. Дар минтақаи моеъи маҳдуд, ҷараёни моеъ баста мешавад ва наметавонад фишорро, ки дар натиҷаи коҳиши сахтшавӣ ба вуҷуд омадааст, ҷуброн кунад, ки боиси ҷудошавии сарҳади дона мегардад. Таносуби энергияи сарҳади дона (γgb) ба энергияи интерфейси сахт-моеъ (γsl) устувории плёнкаи моеъро муайян мекунад: агар γgb < 2γsl бошад, плёнкаи моеъ ноустувор аст ва якҷояшавии дона ба амал меояд; баръакс, плёнкаи моеъ устувор аст ва пайдоиши тарқишҳо майл дорад.
Ғайр аз ин, пайдоиши тарқишҳои сахтшавӣ инчунин бо хосиятҳои металлургии маводҳо алоқаманд аст. Маводҳои гуногун хусусиятҳои фарқкунандаи сахтшавӣ доранд, ба монанди диапазони ҳарорати сахтшавӣ, суръати коҳиши сахтшавӣ ва тақсимоти унсурҳои хӯла ва ғайра. Ин хусусиятҳо ба ҳассосияти тарқишҳо таъсир мерасонанд. Масалан, дар маводҳое, ки миқдори зиёди фазаҳои эвтектикии нуқтаи обшавии паст доранд, ҳассосияти тарқишҳои сахтшавӣ баландтар аст, зеро ин фазаҳои эвтектикӣ ҳангоми сахтшавӣ ба ташаккули плёнкаҳои моеъи пайваста майл доранд ва бо ин васила пайдоиши тарқишҳоро шадидтар мекунанд.
Дар давомираванди кафшери лазерӣ, параметрҳои кафшер, ба монанди қувваи лазер, суръати кафшер ва андозаи нуқта, инчунин ба пайдоиши тарқишҳои сахтшавӣ таъсир мерасонанд. Ин параметрҳо ба вуруди гармӣ ва градиенти ҳарорат ҳангоми раванди кафшер таъсир мерасонанд ва бо ин васила сохтори сахтшавӣ ва морфологияи донаро тағйир медиҳанд. Масалан, қувваи баланди лазер ва суръати пасти кафшер боиси вуруди гармии бештар ва суръати сусти хунуккунӣ мегардад, ки ба афзоиши кристаллҳои сутуншакл мусоидат мекунад ва ҳассосияти тарқишро зиёд мекунад. Баръакс, қувваи пасти лазер ва суръати баланди кафшер боиси вуруди гармии камтар ва суръати тези хунуккунӣ мегардад, ки ба пайдоиши кристаллҳои баробармеҳвар мусоидат мекунад ва ҳассосияти тарқишро коҳиш медиҳад.
2. Чораҳои саркӯбӣ
Барои самаранок пахш кардани тарқишҳои сахтшавӣ даркафшери лазерӣ, муҳаққиқон стратегияҳои гуногунро пешниҳод кардаанд, ки асосан ба назорати сохтори дона, беҳтар кардани параметрҳои кафшер ва беҳтар кардани хосиятҳои мавод нигаронида шудаанд. Бо такмил додани сохтори дона, шумораи сарҳадҳои донаҳоро зиёд кардан мумкин аст ва консентратсияи консентратсияи стрессро кам кардан мумкин аст ва бо ин васила пайдоиши тарқишҳоро коҳиш медиҳад. Таҳқиқотҳо нишон доданд, ки бо истифода аз технологияи ларзиши нури лазерӣ, кристаллҳои сутуншаклро метавон ба кристаллҳои баробармеҳвари майда бе илова кардани маводҳои дигар табдил дод. Ларзиши нури лазерӣ метавонад энергияи лазерро пароканда кунад ва боиси пайдоиши турбулентӣ дар ҳавзи гудохта гардад ва бо ин васила самти афзоиши кристаллҳои сутуншаклро вайрон кунад ва ташаккули кристаллҳои баробармеҳварро мусоидат кунад, чунон ки дар расми 3 нишон дода шудааст. Илова бар ин, ларзиши нури лазерӣ инчунин метавонад паҳнои ҳавзи гудохтаро зиёд кунад, градиенти ҳароратро кам кунад ва вақти сахтшавии ҳавзи гудохтаро дароз кунад, ки ба паҳншавии ҳалшавандаҳо ва пур кардани плёнкаҳои моеъ мусоидат мекунад ва бо ин васила ҳассосияти тарқишҳои сахтшавиро ба таври назаррас коҳиш медиҳад.
Паҳншавии плёнкаҳои моеъи сарҳадии ғалладона дар зери шаклҳои гуногуни ҳавз.
Диаграммаи схематикии ҳавзи гудохтаи кафшерӣ, а, б) бе ларзиш, в, г) ларзиши паҳлӯӣ, д, е) ларзиши тӯлонӣ, ж, з) ларзиши периметрӣ.
Илова бар иннури лазерӣТехнологияи ларзишӣ, истифодаи манбаъҳои дугонаи лазерӣ низ яке аз усулҳои муассири пахш кардани тарқишҳои сахтшавӣ мебошад. Манбаъҳои дугонаи лазерӣ метавонанд тавассути беҳтар кардани давраи гармӣ табдили кристаллҳои сутунӣ ба кристаллҳои баробармеҳварро ба даст оранд ва бо ин васила андозаи донаҳо ва консентратсияи деформатсияро кам кунанд. Масалан, ҳангоми истифодаи лазери CO₂ ҳамчун манбаи асосии гармӣ ва лазери импулсии Nd:YAG ҳамчун манбаи ёрирасони гармӣ, давраи гармии беҳтаршударо ҳангоми кафшер ташкил кардан мумкин аст, ки ба ташаккули кристаллҳои баробармеҳвар мусоидат мекунад ва ҳассосияти тарқишҳои сахтшавиро коҳиш медиҳад, чунон ки дар расми 4 нишон дода шудааст.
Беҳтар кардани параметрҳои кафшер инчунин як воситаи муҳим барои пахш кардани тарқишҳои сахтшавӣ мебошад. Бо танзими параметрҳо ба монанди қувваи лазер, суръати кафшер ва андозаи нуқта, вуруди гармӣ ва градиенти ҳароратро дар раванди кафшер назорат кардан мумкин аст ва бо ин васила ба сохтори сахтшавӣ ва морфологияи донаҳо таъсир мерасонад. Таҳқиқот нишон доданд, ки коркарди пешакӣ гармкунӣ метавонад суръати хунуккуниро коҳиш диҳад, ташаккули кристаллҳои баробармеҳварро мусоидат кунад ва бо ин васила ҳассосияти тарқишҳои сахтшавиро коҳиш диҳад, чунон ки дар расми 5 нишон дода шудааст. Илова бар ин, усулҳо ба монанди истифодаи кафшери лазерии импулсӣ ва баланд бардоштани суръати кафшер инчунин метавонанд тавассути тағир додани вуруди гармӣ ва суръати хунуккунӣ аз кристаллҳои сутунӣ ба кристаллҳои баробармеҳвар табдил ёбанд ва бо ин васила ҳассосияти тарқишҳоро коҳиш диҳанд.
Расми 5. а) Гармнашуда, б) Донаҳои баробармеҳвари пешакӣ гармшуда дар ҳарорати 300°C.
Ҳангоми кафшер кардани маводҳои гуногун бо лазерҳо, аз сабаби фарқиятҳои назаррас дар хосиятҳои физикӣ ва химиявӣ байни маводҳо, пайвастагиҳои байниметаллии шикаста ба пайдоиш майл доранд, ки яке аз сабабҳои асосии тарқишҳои сахтшавӣ мебошанд. Аз ин рӯ, танзим кардани параметрҳо ва танзимоти лазер барои кам кардани ташаккул ё миқдори пайвастагиҳои байниметаллӣ низ як стратегияи муҳим барои пахш кардани тарқишҳои сахтшавӣ мебошад. Масалан, дар кафшери лазерии маводҳои гуногун аз мис-алюминий, бо назорати ҷойивазкунии нури лазер ва суръати кафшер, таносуби омехтаи мис ва алюминийро дар ҳавзи гудохта кам кардан мумкин аст, ки бо ин васила ташаккули пайвастагиҳои байниметаллии шикаста ва ҳассосияти тарқишҳоро коҳиш медиҳад. Илова бар ин, истифодаи маводҳои пуркунанда инчунин метавонад кори пайванди кафшершударо беҳтар кунад ва пайдоиши тарқишҳоро кам кунад. Маводҳои пуркунанда метавонанд пайдоиши пайвастагиҳои байниметаллиро тавассути тағир додани таркиб ва сохтори микросохтори пайванди кафшершуда кам кунанд ва устувории пайванди кафшершударо беҳтар кунанд.
Тарқишҳои сахтшавӣ яке аз камбудиҳои маъмул дар равандҳои кафшери лазерӣ мебошанд. Механизми ташаккули онҳо мураккаб аст ва таъсири мутақобилаи омилҳои сершумор, аз қабили гармӣ, механика ва металлургияро дар бар мегирад. Бо омӯзиши амиқи механизми ташаккули тарқишҳои сахтшавӣ, асоси назариявиро барои пахш кардани тарқишҳо фароҳам овардан мумкин аст. Дар солҳои охир, муҳаққиқон стратегияҳои гуногунро барои пахш кардани тарқишҳои сахтшавӣ пешниҳод кардаанд, ки асосан ба назорати сохтори дона, беҳсозии параметрҳои кафшер ва беҳтар кардани хосиятҳои мавод нигаронида шудаанд. Амалия исбот кардааст, ки ин стратегияҳо метавонанд ҳассосияти тарқишҳои сахтшавиро то андозае самаранок коҳиш диҳанд ва сифат ва эътимоднокии кафшери лазериро беҳтар кунанд. Аммо, аз сабаби мураккабӣ ва гуногунии раванди кафшери лазерӣ, дар таҳқиқоти ҷорӣ то ҳол баъзе камбудиҳо мавҷуданд. Масалан, барои механизмҳои боздории тарқишҳои сахтшавӣ дар мавод ва шароити гуногуни кафшер, таҳқиқоти амиқтар лозим аст.
Вақти нашр: 20 марти соли 2025
