लेजर सरफेस अलॉयिंग (LSA) एक परिष्कृत सतह संशोधन तकनीक है जो किसी सामग्री की सतह को पिघलाने के लिए लेजर ऊर्जा का उपयोग करती है और इसके गुणों को बढ़ाने के लिए इसे एडिटिव्स के साथ मिश्रित करती है। इस प्रक्रिया ने विभिन्न सब्सट्रेट पर बेहतर कठोरता, संक्षारण प्रतिरोध और पहनने के प्रतिरोध के साथ कोटिंग्स का उत्पादन करने की अपनी क्षमता के कारण महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया है। LSA के दौरान सूक्ष्म संरचनात्मक विकास उपचारित सतह के प्रदर्शन को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित करने और वांछित सामग्री गुणों को प्राप्त करने के लिए इस विकास को समझना आवश्यक है।
लेजर सतह मिश्र धातु के सिद्धांत
लेजर सतह मिश्र धातुकरण में सब्सट्रेट सामग्री की सतह को स्थानीय रूप से पिघलाने के लिए उच्च-तीव्रता वाले लेजर बीम का उपयोग शामिल है। प्रक्रिया के दौरान, मिश्र धातु तत्वों या पाउडर को पिघले हुए पूल में पेश किया जाता है, जहाँ वे सब्सट्रेट सामग्री के साथ मिल जाते हैं। लेजर पिघले हुए पूल को तेज़ी से ठोस बनाता है, जिससे आधार सामग्री की तुलना में अलग-अलग सूक्ष्म संरचनात्मक विशेषताओं वाली एक नई सतह परत बनती है। यह स्थानीयकृत पिघलन और तेज़ ठोसकरण अद्वितीय सूक्ष्म संरचनात्मक परिवर्तनों की ओर ले जाता है जो मिश्र धातु सतह के प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं।
एलएसए के दौरान सूक्ष्म संरचनात्मक विकास
एलएसए में सूक्ष्म संरचनात्मक विकास विभिन्न कारकों से प्रभावित होता है, जिसमें लेजर पैरामीटर, मिश्र धातु तत्व और सब्सट्रेट सामग्री गुण शामिल हैं। एलएसए के दौरान सूक्ष्म संरचनात्मक परिवर्तनों के प्रमुख पहलुओं में चरण निर्माण, अनाज संरचना और मिश्र धातु तत्वों का वितरण शामिल है।
चरण गठन
लेजर-संसाधित सतह की चरण संरचना सामग्री के गुणों को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण है। एलएसए से जुड़ी तेज़ शीतलन दर के परिणामस्वरूप गैर-संतुलन चरण बनते हैं जो आधार सामग्री में मौजूद नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, क्रोमियम के साथ स्टील के मिश्रधातुकरण के दौरान, क्रोमियम कार्बाइड जैसे क्रोमियम-समृद्ध चरणों का निर्माण हो सकता है। ये चरण सतह परत के पहनने के प्रतिरोध और कठोरता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाते हैं।
अध्ययनों से पता चला है कि एलएसए के दौरान शीतलन दर चरण परिवर्तनों को प्रभावित कर सकती है। उदाहरण के लिए, उच्च शीतलन दर स्टील मिश्र धातुओं में बनाए गए ऑस्टेनाइट जैसे मेटास्टेबल चरणों के निर्माण की ओर ले जा सकती है, जो कठोरता में सुधार कर सकती है लेकिन सूक्ष्म संरचना को स्थिर करने के लिए बाद में गर्मी उपचार की भी आवश्यकता हो सकती है।
अनाज संरचना
मिश्र धातु की सतह की अनाज संरचना लेजर की स्कैनिंग गति, शक्ति और बीम व्यास से प्रभावित होती है। एलएसए के दौरान तेजी से जमने से आधार सामग्री के मोटे अनाज की तुलना में बारीक-दानेदार सूक्ष्म संरचनाओं का निर्माण होता है। अनाज का आकार और आकृति विज्ञान महत्वपूर्ण कारक हैं जो मिश्र धातु परत के यांत्रिक गुणों को प्रभावित करते हैं।
सामान्य तौर पर, उच्च लेज़र शक्ति और धीमी स्कैनिंग गति के परिणामस्वरूप बड़े पिघले हुए पूल और अधिक परिष्कृत अनाज संरचनाएँ बनती हैं। इसके विपरीत, उच्च स्कैनिंग गति और कम लेज़र शक्ति से महीन दाने बन सकते हैं। बारीक दाने वाली संरचना आमतौर पर कठोरता और पहनने के प्रतिरोध को बढ़ाती है। हालाँकि, अत्यधिक तेज़ ठोसकरण से मार्टेंसाइट जैसे अवांछनीय चरण भी बन सकते हैं, जो मिश्र धातु परत की कठोरता को प्रतिकूल रूप से प्रभावित कर सकते हैं।
मिश्रधातु तत्वों का वितरण
लेजर-संसाधित सतह के भीतर मिश्र धातु तत्वों का वितरण सूक्ष्म संरचनात्मक विकास का एक और महत्वपूर्ण पहलू है। लेजर बीम और मिश्र धातु पाउडर या तत्वों के बीच की बातचीत पिघले हुए पूल में उनके वितरण को प्रभावित करती है। पाउडर फ़ीड दर, कण आकार और वितरण विधि जैसे कारक मिश्र धातु तत्व वितरण की एकरूपता को प्रभावित कर सकते हैं।
उदाहरण के लिए, टाइटेनियम के साथ एल्युमिनियम के लेज़र मिश्रधातुकरण में, TiAl3 इंटरमेटेलिक यौगिक बनाने के लिए टाइटेनियम का एकसमान वितरण आवश्यक है जो सतह की कठोरता और उच्च तापमान स्थिरता में सुधार करता है। मिश्रधातु तत्वों के असमान वितरण से मिश्रधातु परत में चरण पृथक्करण और असमान गुण हो सकते हैं।
सूक्ष्म संरचनात्मक विकास पर डेटा
अनुभवजन्य अध्ययनों ने एलएसए के दौरान होने वाले सूक्ष्म संरचनात्मक परिवर्तनों पर मूल्यवान डेटा प्रदान किया है। उदाहरण के लिए, ली एट अल. (2017) द्वारा किए गए एक अध्ययन ने क्रोमियम के साथ एआईएसआई 1045 स्टील की लेजर सतह मिश्र धातु में सूक्ष्म संरचनात्मक विकास की जांच की। शोधकर्ताओं ने मिश्र धातु परत में क्रोमियम युक्त कार्बाइड और परिष्कृत अनाज संरचना के गठन का अवलोकन किया। मिश्र धातु सतह की कठोरता आधार सामग्री की तुलना में काफी अधिक थी, जो सामग्री गुणों को बढ़ाने में एलएसए की प्रभावशीलता को प्रदर्शित करती है।
ज़ी एट अल. (2018) द्वारा किए गए एक अन्य अध्ययन में निकेल-आधारित सुपरलॉय को कोबाल्ट के साथ लेजर मिश्रधातु बनाने पर ध्यान केंद्रित किया गया। अध्ययन से पता चला कि लेजर प्रसंस्करण मापदंडों ने कोबाल्ट के वितरण और Co-समृद्ध चरणों के गठन को प्रभावित किया। इष्टतम प्रसंस्करण मापदंडों के परिणामस्वरूप कोबाल्ट का एक समान वितरण हुआ और सतह परत के पहनने के प्रतिरोध में सुधार हुआ।
एलएसए पैरामीटर्स का अनुकूलन
वांछित सूक्ष्म संरचनात्मक विशेषताओं और प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए LSA मापदंडों का अनुकूलन आवश्यक है। विचार करने के लिए मुख्य मापदंडों में लेजर शक्ति, स्कैनिंग गति, बीम व्यास और मिश्र धातु तत्वों का प्रकार और सांद्रता शामिल हैं। प्रतिक्रिया सतह पद्धति (RSM) और तागुची विधियों जैसी प्रयोगात्मक डिजाइन और अनुकूलन तकनीकों को इष्टतम प्रसंस्करण स्थितियों को निर्धारित करने के लिए नियोजित किया जा सकता है।
उदाहरण के लिए, लेजर पावर और स्कैनिंग गति को अनुकूलित करने से मिश्र धातु परत की शीतलन दर और कण आकार को नियंत्रित करने में मदद मिल सकती है। इसके अतिरिक्त, पाउडर फ़ीड दर और कण आकार को समायोजित करने से मिश्र धातु तत्व वितरण की एकरूपता बढ़ सकती है। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM), ऊर्जा-फैलाव एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDS), और एक्स-रे विवर्तन (XRD) जैसी उन्नत लक्षण वर्णन तकनीकों का उपयोग सूक्ष्म संरचनात्मक विकास में विस्तृत अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है और अनुकूलन प्रक्रिया में सहायता कर सकता है।
निष्कर्ष
लेजर सतह मिश्रधातु के दौरान सूक्ष्म संरचनात्मक विकास एक जटिल प्रक्रिया है जो लेजर मापदंडों, मिश्रधातु तत्वों और सब्सट्रेट सामग्रियों सहित विभिन्न कारकों से प्रभावित होती है। चरण निर्माण, अनाज संरचना और मिश्रधातु तत्वों के वितरण में परिवर्तनों को समझना प्रक्रिया को अनुकूलित करने और वांछित सामग्री गुणों को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है। अनुभवजन्य अध्ययन और डेटा विश्लेषण विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए इष्टतम प्रसंस्करण स्थितियों की पहचान करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। एलएसए प्रौद्योगिकी में निरंतर अनुसंधान और प्रगति इस बहुमुखी सतह संशोधन तकनीक की क्षमताओं और अनुप्रयोगों को और बढ़ाएगी।