الملخص

تم تعريض عينات من النحاس (10×10×5 مم) بعد تغطيتها بطبقة من الزركونيوم (بطريقة التبخير الحراري والترسيب في مجال مفرغ من الهواء) لأشعة الليزر في جهاز يعمل بثاني أكسيد الكربون دائم التشغيل ذي قدرة 720 واط والقطر المؤثر للشعاع هو 0.5 مم وسرعته 200 سم/ث. وقد تم صهر أربعة خطوط على سطح جميع العينات كل اثنان منها متوازيان وعموديان على الخطين الآخرين.
وقد بينت قياسات الصلادة المجهريه أن جميع الملامح والتشكيلات المختلفة على السطح المعالج بالليزر لا تختلف عن بعضها من ناحية الصلادة بينما قد حدث انصهار وانتقال للمادة وتبريد فائق السرعة في هذه المناطق. ونتج عن هذه الظواهر تكون رقائق ملساء دقيقة للغاية ملتصقة بالسطح المحبب للمجرى المعالج وكذلك ظهور تموجات على شكل أقواس دائرية متوازية ومتعاقبة تغطي كل السطح المعالج.
كما تم دراسة الطبقات تحت السطحية للمجرى المعالج وذلك على مقاطع مائلة (بزاوية مقدارها ~º6.5) تمر عبر المجرى. وبينت هذه الدراسة أن قاع المجرى يحتوي على عدد كبير من فقاعات دائرية كبيرة نتج عنها انخفاض كبير في الصلادة في هذه المنطقة. ولوحظ أيضا أن بنية المنطقة الوسطى من المجرى ذات حبيبات مستطيلة متوازية (دليل على النمو الموجي للحبيبات) وقد صاحب هذه البنية ارتفاع ملحوظ في الصلادة والذي يعتقد انه ناتج عن الإجهادات الناتجة عن تجمد هذه الطبقة تحت ضغط البخر الذي يحدث في الطبقات السفلى. وقد أظهرت القياسات ارتفاع قيمة الصلادة في أعلى المجرى والذي قد يكون سببه انضغاط الطبقات السطحية للمعدن المصهور أو بسبب ألتسابك أو كليهما. التبريد فائق السرعة قد يكون سبب أخر في ارتفاع قيمة الصلادة.
وقد اتفقت نتائج قياسات مقاومة البلى للعينات المعالجة مع نتائج قياسات الصلادة المجهريه. أظهرت تجارب المعالجة الحرارية للمجرى المعالج أن بنية المجرى مستقرة ولم يحدث لها أي تغير نتيجة معالجتها حراريا عند درجة حرارة 350 م° لساعة واحدة.

ABSTRACT

An attempt has been performed to alloy locally a copper specimen with Zirconium to improve the hardness and wear resistance. Copper specimens were coated with Zirconium by vacuum thermal evaporation. The coated specimens were then laser treated by means of CW CO2 laser of nominal power of 720 watt. The laser beam diameter was 0.5 mm with traveling speed of 200 cm/sec. Four tracks were melted on the surface of each specimen; each two tracks were mutually parallel and perpendicular to the other two. Visual and microscopic investigations of the laser fused tracks revealed intensive re-evaporation of Zirconium from the track positions and subsequent re-deposition on the surrounding material.
The morphology and microhardness of the surface features formed on the laser-fused tracks showed no changes in microhardness. Indications of melting, mass transfer and perturbations followed by rapid solidifications were observed. The effects, of the laser treatment, were thin films attached to the grinding surface of the laser fused tracks and arc ripples covering the whole surface of the fused tracks. The sub-surface effects, of the laser treatment, were studied on oblique sections (at an angle of ~ 6.5o) cut through the laser fused tracks. The bottom of the tracks was characterized by a number of large spherical voids causing an appreciable decrease in hardness. The middle layers of the tracks were characterized by columnar structure (indicating directional growth) accompanied by increased hardness values. The hardening effect was attributed to a deformation action caused by evaporation at the bottom of the track while the middle layers are solidifying. The upper portion of the tracks showed a slight increase in hardness due to melt surface deformation and/or alloying. The fast rate of cooling might be another reason for such increase in hardness.
Wear characteristics of the laser treated specimens confirmed the morphological and hardness observations of the laser-fused track. Heat treatment experiments showed that the as-cast structure of the laser fused tracks is stable for heating to temperatures up to 350oC (for 1 hour).