Development of twin-Color LMD with Blue and IR diode lasers

使用蓝色和红外二极管激光器开发双色 LMD

基本信息

批准号：
22K04776
负责人：
佐藤雄二
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

レーザクラッディングは、基板表面に溶融池を形成し、そこに金属粉末を供給しながら、溶融凝固させて堆積する手法である。基板形状に制約が少ないため、肉盛溶接だけでなく、金型補修や積層造形など幅広く応用展開が進められている。熱源となるレーザには、波長が1.0μmの高出力レーザが用いられ、単一波長のレーザを用いて材料表面に過剰な溶融池を形成し、そこに材料粉末を供給して皮膜を形成する。そのため、熱影響が大きくなって熱ひずみや母材成分が皮膜に溶け込んだ希釈層が生じてしまい高品質な皮膜形成は難しかった。本研究では、青半導体レーザと近赤外半導体レーザの波長の異なるレーザを組み合わせた２波長複合レーザクラッディング法を開発することが目的とした。今年度は、皮膜材料ならびに基板に用いる純銅、アルミニウムなどの金属材料の光学特性を実測できる光学系を構築し、高温時の光学特性を実測した。試料には、直径9.5mm、表面粗さRa<5nm、純度99.5%の銅板、純度99.5%のアルミニウム基板を用いた。加熱プロセスには、1500℃まで加熱可能な真空ヒータを用い、800 ℃ま試料を加熱した。光源には、波長450 nmと980nm、出力1.5mWの半導体レーザを用いた。サンプル反射前後のPDの出力比率を計測し、各ミラーにおける出力減衰は、アルミミラーに対する銅の相対反射率で補正を行った。加熱過程では酸化を防ぐため真空ポンプを用いて10 Paまで減圧後、Arガスを大気圧まで充填し、Arガスをサンプルにフローしながら測定を行った。その結果、アルミニウムでは、融点の500℃まで加熱しても波長450nm、980nmの反射率の変動性は0.1%以下と大きな変化は見られなかったが、純銅では、融点の1000℃まで加熱すると波長450nmでは反射率が1%増加したのに対し、波長980nmでは2.5%減少することがわかった。

激光覆层是一种在基板表面形成熔融池的技术，并通过融化和凝固来喂养金属粉末。由于对基材形状的限制很少，因此它不仅应用于多种应用，不仅覆盖了焊接，而且还应用了模具修理和添加剂制造。波长为1.0μm的高功率激光器用作热源，并使用单个波长的激光在材料表面形成过量的熔融池，并将材料粉末喂食以形成膜。因此，加热影响增加，从而导致稀释层，在该层中，基本材料成分溶解在膜中，因此很难形成高质量的膜。这项研究旨在开发一种两波长的复合激光覆层方法，该方法将激光器与不同波长的蓝色和近红外半导体激光器相结合。今年，我们构建了一个光学系统，该系统实际上可以测量用于底物的纯铜和铝等金属材料的光学特性，并在高温下测量了光学性能。样品是直径为9.5 mm的铜板，表面粗糙度<5 nm，纯度为99.5％，铝底物纯度为99.5％。加热过程涉及使用可以加热至1500°C并将样品加热到800°C的真空加热器。作为光源，使用了波长为450 nm和980 nm，输出为1.5 mW的半导体激光器。测量样品反射之前和之后的PD的输出比，并通过铜对铝制镜的相对反射校正每个镜子中的输出衰减。在加热过程中，使用真空泵将压力降低至10 pA，以防止氧化，然后将AR气体填充至大气压，并在将AR气体流过样品时进行测量。结果，在铝中，当加热到500°C的熔点时，波长在450 nm和980 nm处的反射率可变性并未显着变化为低于0.1％，但是当纯铜加热到1000°C的融化时，反射率在450 nm的波长中增加了1％，而在450 nm的波长中，反射率降低了2.5降低了3.5％的反射率。