El tratamiento de superficies con láser utiliza un rayo láser de alta-densidad de potencia para calentar la superficie del material sin-contacto. Al utilizar la propia conducción térmica de la superficie del material para enfriar, esta tecnología de proceso logra la modificación de la superficie. Es muy beneficioso para mejorar las propiedades mecánicas y físicas de las superficies de los materiales, así como para mejorar la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la fatiga de los componentes. En los últimos años, las tecnologías de tratamiento de superficies con láser, como la limpieza con láser, el enfriamiento con láser, la aleación con láser, el granallado por choque con láser y el recocido con láser, junto con las tecnologías de fabricación aditiva con láser, como el revestimiento con láser, la impresión 3D con láser y la galvanoplastia con láser, han visto amplias perspectivas de aplicación.
La limpieza láser es una nueva tecnología de limpieza de superficies en rápido desarrollo, que utiliza un rayo láser pulsado de alta-energía para irradiar la superficie de una pieza de trabajo, lo que provoca que los contaminantes, partículas o recubrimientos de la superficie se evaporen o se despeguen instantáneamente, logrando así un proceso de limpieza. La limpieza con láser se divide principalmente en procesos como eliminación de óxido, eliminación de aceite, eliminación de pintura y eliminación de revestimientos; se aplica principalmente a la limpieza de metales, limpieza de reliquias culturales y limpieza de edificios. Debido a su funcionalidad integral, procesamiento preciso y flexible, alta eficiencia y ahorro de energía, respeto al medio ambiente, ausencia de daños al sustrato, inteligencia, alta calidad de limpieza, seguridad y amplia gama de aplicaciones, es cada vez más preferido en diversos campos industriales. En comparación con los métodos de limpieza tradicionales, como la limpieza por fricción mecánica, la limpieza química contra la corrosión, la limpieza líquida{5}}sólida-de alto impacto y la limpieza ultrasónica de alta-frecuencia, la limpieza láser tiene ventajas obvias.
El enfriamiento por láser utiliza láseres de alta-energía como fuente de calor para calentar y enfriar rápidamente la superficie de los metales, completando el proceso de enfriamiento al instante. Esto da como resultado estructuras martensíticas ultra-finas y de alta dureza, mejora la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste de los metales y forma tensión de compresión en la superficie para mejorar la resistencia a la fatiga. Las principales ventajas de este proceso incluyen una pequeña zona afectada por el calor-, una deformación mínima, un alto grado de automatización, un enfriamiento selectivo flexible, una dureza de grano refinada y respeto al medio ambiente. Por ejemplo, el punto láser es ajustable, lo que permite apagar en posiciones de cualquier ancho; Además, el cabezal láser que trabaja con robots de múltiples-ejes puede templar áreas específicas de piezas complejas. Además, el enfriamiento por láser implica un calentamiento y enfriamiento extremadamente rápido, lo que resulta en una tensión y deformación mínimas por enfriamiento. La deformación de las piezas de trabajo antes y después del enfriamiento con láser es casi insignificante, lo que lo hace particularmente adecuado para el tratamiento superficial de piezas de alta-precisión. Actualmente, el enfriamiento por láser se ha aplicado con éxito en la industria automotriz, la industria de moldes, herramientas de hardware y la industria mecánica para fortalecer la superficie de piezas que se desgastan fácilmente, especialmente para mejorar la vida útil de engranajes, ejes, guías, mandíbulas y moldes, con efectos notables. Las características del enfriamiento por láser son las siguientes: 1) El enfriamiento por láser implica un calentamiento y un autoenfriamiento rápidos, y no requiere aislamiento del horno ni enfriamiento con líquido refrigerante. Es un proceso de tratamiento térmico no-contaminante y respetuoso con el medio ambiente, fácilmente aplicable para el enfriamiento uniforme de grandes superficies de moldes; 2) Debido a la rápida velocidad de calentamiento y la pequeña zona afectada por el calor, así como al calentamiento y enfriamiento por barrido de la superficie, los moldes tratados experimentan una deformación mínima; 3) Debido al pequeño ángulo de divergencia del rayo láser, tiene una direccionalidad excelente y puede templar con precisión áreas locales de las superficies del molde a través de un sistema de guía de luz-; 4) La profundidad de la capa endurecida del enfriamiento de la superficie con láser generalmente varía de 0,3 a 1,5 mm.
El recocido por láser se refiere a un proceso de tratamiento térmico en el que la superficie de un material se calienta con un láser, se expone a altas temperaturas durante un período prolongado y luego se enfría lentamente. Los objetivos principales de este proceso son aliviar tensiones, aumentar la ductilidad y tenacidad del material y crear microestructuras especiales. Sus características incluyen la capacidad de ajustar la estructura de la matriz, reducir la dureza, refinar los granos y eliminar la tensión interna. En los últimos años, la tecnología de recocido por láser también se ha convertido en un nuevo proceso en la industria de fabricación de semiconductores, mejorando significativamente el nivel de integración de los circuitos integrados.
La tecnología de granallado por choque láser es un método de alta-tecnología que utiliza ondas de choque de plasma generadas por un rayo láser de alta-intensidad para mejorar la resistencia a la fatiga, al desgaste y a la corrosión de los materiales metálicos. Tiene ventajas destacadas, como zona libre de calor-, utilización eficiente de la energía, tasa de deformación ultra-alta, fuerte controlabilidad y efecto de fortalecimiento significativo. Al mismo tiempo, el granallado por choque con láser presenta una tensión de compresión residual más profunda, una mejor microestructura e integridad de la superficie, una estabilidad térmica mejorada y una vida útil más larga. En los últimos años, esta tecnología se ha desarrollado rápidamente y tiene un gran potencial en las industrias aeroespacial y de defensa. Además, los recubrimientos se utilizan principalmente para proteger la pieza de trabajo de las quemaduras láser y para mejorar la absorción de energía del láser, y los materiales de recubrimiento comúnmente utilizados incluyen pintura negra y papel de aluminio. El granallado por láser (LP), también conocido como granallado por choque láser (LSP), es un proceso aplicado en la ingeniería de superficies. Implica el uso de un rayo láser pulsado de alta-potencia para inducir tensión residual en los materiales para mejorar la resistencia al desgaste de la superficie (como la resistencia a la abrasión y la fatiga) o para aumentar la resistencia de secciones delgadas, mejorando así la dureza de la superficie. A diferencia de la mayoría de las aplicaciones de procesamiento de materiales, LSP no logra el efecto deseado mediante un tratamiento térmico inducido por láser-, sino mediante un procesamiento mecánico mediante impacto de haz. Un rayo láser de alta-potencia utiliza pulsos cortos-de alta potencia para impactar la superficie de la pieza de trabajo objetivo. El haz impacta la pieza de metal, vaporizando instantáneamente una fina capa en plasma y aplicando presión de onda de choque a la pieza de trabajo. A veces se aplica una fina capa de material de cobertura opaco a la pieza de trabajo para reemplazar la evaporación del metal. Para aumentar la presión, se utilizan otros materiales de cobertura transparentes o capas de confinamiento inercial para atrapar el plasma (normalmente agua). El plasma genera un efecto de onda de choque, remodelando la microestructura de la superficie de la pieza de trabajo en el punto de impacto, lo que luego desencadena una reacción en cadena de expansión y compresión del metal. La profunda tensión de compresión generada por esta reacción puede prolongar la vida útil del componente.
La aleación por láser es un nuevo tipo de tecnología de modificación de superficies que, dependiendo de las condiciones de servicio de los materiales aeroespaciales, utiliza la alta densidad de energía y la rápida tasa de condensación de un rayo láser para preparar recubrimientos compuestos cerámicos de metal-reforzados nanocristalinos únicos amorfos en la superficie de componentes estructurales, logrando el propósito de modificar la superficie de los materiales aeroespaciales. En comparación con la aleación por láser, la tecnología de revestimiento por láser presenta una menor dilución del sustrato en el baño de fusión, una zona afectada por el calor-más pequeña, menos deformación térmica de la pieza de trabajo y una menor tasa de desechos después del proceso de revestimiento por láser. El revestimiento láser puede mejorar significativamente las propiedades de la superficie de los materiales, restaurar-materiales desgastados y ofrece ventajas como alta eficiencia, velocidad rápida, procesamiento respetuoso con el medio ambiente y libre de contaminación-y buen rendimiento de las piezas de trabajo procesadas.
La tecnología de revestimiento láser es también una de las nuevas tecnologías de modificación de superficies que representa la dirección de desarrollo y el nivel de la ingeniería de superficies. Debido a sus ventajas de estar libre de contaminación-y formar una unión metalúrgica entre el recubrimiento preparado y el sustrato, la tecnología de revestimiento láser se ha convertido en un punto de investigación para la modificación de superficies de aleaciones de titanio contemporáneas. El uso de revestimientos cerámicos-revestidos con láser o revestimientos compuestos-reforzados con partículas cerámicas es una forma eficaz de mejorar la resistencia al desgaste de la superficie de las aleaciones de titanio. Al seleccionar el sistema de materiales adecuado según las condiciones de trabajo reales, la tecnología de revestimiento láser puede alcanzar requisitos óptimos del proceso. La tecnología de revestimiento láser puede reparar varios componentes defectuosos, como las palas de los motores de los aviones.
La diferencia entre la aleación de superficie por láser y el revestimiento de superficie por láser es que la aleación de superficie por láser permite que los elementos de aleación agregados se mezclen completamente con la capa superficial del sustrato en estado líquido para formar una capa de aleación, mientras que el revestimiento de superficie por láser funde completamente el recubrimiento pre-aplicado mientras que la capa superficial del sustrato se funde parcialmente, lo que permite que la capa de revestimiento y el material del sustrato formen una unión metalúrgica mientras se mantiene la composición de la capa de revestimiento básicamente sin cambios. Las tecnologías de aleación y revestimiento por láser se utilizan principalmente para mejorar la resistencia al desgaste de la superficie, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación de las aleaciones de titanio.
En la actualidad, la tecnología de revestimiento láser se ha aplicado ampliamente en la reparación y modificación de superficies metálicas. Aunque el revestimiento láser tradicional tiene ventajas y características como procesamiento flexible, reparación de formas irregulares y capacidades de aditivos personalizados, su eficiencia laboral es relativamente baja. Para las necesidades de producción rápida a gran-escala en ciertos sectores industriales, todavía no puede cumplir con los requisitos. Para satisfacer la demanda de producción de alto-volumen y alta-velocidad y mejorar la eficiencia del trabajo de revestimiento, ha surgido la tecnología de revestimiento láser de alta-velocidad.
La tecnología de revestimiento láser de alta-velocidad puede lograr capas de revestimiento densas y-libres de defectos, con una superficie lisa, plana y densa que está unida metalúrgicamente al sustrato sin defectos abiertos. Puede aplicarse no sólo a cuerpos giratorios sino también a superficies curvas planas y complejas. A través de una optimización tecnológica continua, esta tecnología puede usarse ampliamente en industrias como la del carbón, la metalurgia, las plataformas marinas, el papel, la electrónica de consumo, la automoción, la construcción naval, el petróleo y la aeroespacial, convirtiéndose en un proceso de remanufactura verde que puede reemplazar la tecnología tradicional de galvanoplastia.
El grabado láser es un proceso que utiliza la tecnología CNC como base, proyectando un rayo láser de alta-energía sobre la superficie de un material y utilizando el efecto térmico del láser para crear patrones claros en la superficie del material. La fusión y vaporización instantáneas del material procesado bajo irradiación láser lo deforma físicamente, lo que permite que el grabado con láser alcance el propósito previsto. El grabado láser implica el uso de un láser para inscribir texto en un objeto; esta tecnología produce texto sin marcas, con una superficie lisa y uniforme, y las inscripciones no se desgastan. Sus características y ventajas incluyen: seguridad y confiabilidad; preciso y meticuloso, con una precisión de hasta 0,02 mm; respetuoso con el medio ambiente y ahorro-de materiales; rápido y eficiente, capaz de grabar a alta-velocidad según el patrón de salida; Bajo costo y no limitado por la cantidad de procesamiento.
Este proceso utiliza tecnología de revestimiento láser, en la que un láser irradia la corriente de polvo emitida desde la boquilla, derritiendo directamente polvos de aleación o metal puro. Después de que sale el rayo láser, el líquido de aleación se solidifica rápidamente, logrando una rápida formación de la aleación. En la actualidad, se ha aplicado ampliamente en modelado industrial, fabricación mecánica, aeroespacial, militar, construcción, cine y televisión, electrodomésticos, industria ligera, medicina, arqueología, cultura y arte, tallado y joyería.
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