Nikkeli--pohjaiset superseokset, jotka ovat suositeltavia materiaaleja lentokonemoottoreiden kuuman-pään rakenneosissa, asettavat merkittäviä haasteita korkealaatuisten-kalvon jäähdytysaukkojen valmistukseen niiden luontaisen suuren kovuuden ja lujuuden vuoksi. Vesiohjattu laserkäsittelytekniikka on osoittanut huomattavaa potentiaalia kalvojen jäähdytysaukkojen valmistuksessa, mutta sen teknistä sovellusta rajoittaa käsittelyn laadun ja tehokkuuden välinen koordinointi. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tässä tutkimuksessa käytettiin moni-fokusoitua vesi-valokytkentätilaa, jotta saavutettiin tehokas 1064 nm:n korkean{10}}teholaserin kytkentä vakaalla vesisuihkulla. Lisäksi otettiin käyttöön monivaiheinen rengasleikkaus, sisältä ulospäin, ja laserin yksittäisen pulssin energian, skannausnopeuden ja pulssitaajuuden vaikutuksia mikro-reiän pinnan morfologiaan ja geometriseen tarkkuuteen tutkittiin ohjausmuuttujamenetelmällä. Tämän perusteella optimoiduilla prosessiparametreilla valmistetut mikroreiät analysoitiin ja varmennettiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja energiadispersiospektroskopialla. Tulokset osoittavat, että yksi-pulssienergia on avainparametri mikro{19}}reikien läpi pääsemiseksi. Lisäämällä pyyhkäisynopeutta ja pulssin taajuutta asianmukaisesti sulatekerrostumista ja lämmön kertymistä voidaan tehokkaasti lieventää, mikä parantaa mikroreikien pinnan morfologiaa ja työstötarkkuutta. Tarkemmin sanottuna, kun yksittäisen -pulssin energiaksi on asetettu 0,8 mJ, pyyhkäisynopeudeksi 25 mm/s ja pulssitaajuudeksi 300 kHz, voidaan valmistaa korkealaatuisia{27}mikro{28}-reikiä, joiden sisääntulohalkaisija on 820 μm ja kartio noin 0,32 astetta. Mikro-reikien mikrorakenne ja alkuainejakauma vahvistavat, että vesi-ohjattu laserkäsittely vähentää erinomaisesti uudelleenvalukerroksia, minimoi lämpö-vyöhykkeen ja säilyttää reiän seinämän sileyden.
Avainsanat: vesi{0}}ohjattu laser; nikkeli-pohjainen seos; elokuvan jäähdytysreiät; usean kierron rengasleikkaus; prosessointimekanismi Koska nikkeli--pohjaiset superseokset ovat suositeltavia materiaaleja lentomoottoreiden kuuma-pään rakenneosissa, ne asettavat merkittäviä haasteita korkealaatuisten-kalvon jäähdytysaukkojen valmistukseen niiden luontaisen suuren kovuuden ja lujuuden vuoksi. Vesiohjattu laserkäsittelytekniikka on osoittanut huomattavaa potentiaalia kalvon jäähdytysaukkojen valmistuksessa, mutta sen teknistä sovellusta rajoittaa käsittelyn laadun ja tehokkuuden välinen koordinointi. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tässä tutkimuksessa käytettiin moni{10}}vesi{11}}valon kytkentätilaa, jotta saavutettiin tehokas 1064 nm:n korkean{13}}teholaserin kytkentä vakaalla vesisuihkulla. Lisäksi otettiin käyttöön monivaiheinen rengasleikkaus, sisältä ulospäin, ja laserin yksittäisen pulssin energian, skannausnopeuden ja pulssitaajuuden vaikutuksia mikroreiän pinnan morfologiaan ja geometriseen tarkkuuteen tutkittiin ohjausmuuttujamenetelmällä. Tämän perusteella optimoiduilla prosessiparametreilla valmistetut mikro{19}reiät analysoitiin ja varmistettiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja energiadispersiospektroskopialla. Tulokset osoittavat, että yksi-pulssienergia on avainparametri mikro{22}}reikien läpi pääsemiseksi. Lisäämällä pyyhkäisynopeutta ja pulssitaajuutta asianmukaisesti sulatekerrostumista ja lämmön kertymistä voidaan tehokkaasti lieventää, mikä parantaa mikroreikien pinnan morfologiaa ja työstötarkkuutta. Tarkemmin sanottuna, kun yksittäisen -pulssin energiaksi on asetettu 0,8 mJ, pyyhkäisynopeus 25 mm/s ja pulssitaajuus 300 kHz, voidaan valmistaa korkealaatuisia mikroreikiä, joiden sisääntulohalkaisija on 820 μm ja kartio 0,32 astetta noin 60 sekuntia. Mikro-reikien mikrorakenne ja alkuainejakauma vahvistavat, että vesi-ohjattu laserkäsittely vähentää erinomaisesti uudelleenvalukerroksia, minimoi lämpö-vaikutusalueen ja säilyttää reiän seinämän sileyden.
Avainsanat: vesi{0}}ohjattu laser; nikkeli-pohjainen seos; elokuvan jäähdytysreiät; usean kierron rengasleikkaus; käsittelymekanismi
Tämä tutkimus tutkii 1064 nm:n aallonpituuden vesiohjatun laserin käyttöä Inconel 718:n rengasporaukseen. Siinä selvitetään mekanismeja, joilla keskeiset prosessiparametrit, kuten yksittäisen pulssin energia, skannausnopeus ja pulssitaajuus vaikuttavat mikroreikien morfologiaan ja geometriseen tarkkuuteen. Näiden havaintojen perusteella määritetään optimaalinen lähestymistapa korkean-tehokkuuden ja suuren-tarkkuuden saavuttamiseksi. Tärkeimmät johtopäätökset on tiivistetty seuraavasti: (1) "Sisältä ulos" -ohjatun laserporausstrategian "sisältä ulos" ottaminen käyttöön voi parantaa vesisuihkun hankausvaikutusta sulaan materiaaliin, mikä vähentää lämpö-vaikutusaluetta ja jäännössulan pintamateriaalia mikroreiässä. (2) Käsiteltäessä Inconel 718 mikro{16}}reikiä 1064 nm:n aallonpituudella vesiohjatulla laserilla, prosessiparametrien optimaalinen yhdistelmä on: yhden pulssin energia 0,8 mJ, skannausnopeus 20 mm/s ja laserpulssin taajuus 300 kHz. Tällä parametrikonfiguraatiolla voidaan tuottaa korkealaatuisia-mikro--reikiä, joiden sisääntulohalkaisija on 822,7 µm, ympyrämäisyys 0,9893, kartio 0,32 astetta ja pinnan karheus Sa alle 9,58 µm. (3) Vesiohjatulla laserilla käsiteltyjen mikro-reikien poikkileikkausmorfologisten ominaisuuksien perusteella mikro-reiän pinta voidaan jakaa neljään erilliseen alueeseen: uudelleenkiinteytysalue, ulkonemavyöhyke, painaumavyöhyke ja murtumisalue. Uudelleenkiinteytysvyöhyke ja murtumisvyöhyke edustavat ainutlaatuista morfologiaa mikroreiän sisään- ja ulostulossa. Ulkonemavyöhyke ja painaumavyöhyke ovat jakautuneet koko mikroreiän seinälle, ja niiden muodostumismekanismi liittyy läheisesti fototermiseen vaikutukseen ja nopeaan lämmitys- ja jäähdytysominaisuuksiin vesiohjatun laserkäsittelyn aikana. (4) Mikro-reiän sisääntulon, ulostulon ja reiän seinämän profiilin havainnot osoittavat, että vesi-ohjattu laserkäsittely vähentää erinomaista suorituskykyä uudelleenvalukerroksen ja lämmön{43}}vaikutusalueen vähentämisessä ja reiän seinämän puhtauden ylläpitämisessä. Tämä tekniikka lieventää tehokkaasti tavanomaiseen pitkä{45}}pulssilaserkäsittelyyn liittyviä lämpövaikutuksia ja hapettumisvaurioita, jolloin saavutetaan Inconel 718:n korkea{{46}laatuinen ja tehokas{47}}koneistus.
