DE102021207289A1

DE102021207289A1 - Verfahren zum Behandeln von Oberflächen

Info

Publication number: DE102021207289A1
Application number: DE102021207289.5A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Kumeno; Hayato Taniguchi
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2021-07-09
Publication date: 2022-01-13
Also published as: US20220009054A1; CN113977459A; JP2022016906A; JP7409245B2

Abstract

Ein Verfahren zum Behandeln von Oberflächen umfasst einen Schritt zum Bestrahlen eines Werkstücks mit einem gepulsten Laserstrahl durch eine transparente Flüssigkeit und einen Schritt, bei dem Partikel veranlasst werden, mit einer wärmebeeinflussten Schicht zu kollidieren, die sich auf einem Oberflächenschichtabschnitt des Werkstücks im Bestrahlungsschritt entwickelt hat. Die Partikel weisen jeweils einen Kern aus einem elastischen Körper und Schleifkörner auf, die auf einer Oberfläche des Kerns vorgesehen sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Oberflächen.
HINTERGRUND
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2015-533973 offenbart ein Verfahren zum Nachbearbeiten und Entfernen einer laserwärmebeeinflussten Schicht einer durch Laser Peening geformten Komponente. Bei diesem Verfahren wird die laserwärmebeeinflusste Schicht durch Sandstrahlen, chemisches Ätzen und mechanisches Nachbearbeiten entfernt. Durch das Entfernen der laserwärmebeeinflussten Schicht, in der die Zugspannung verbleibt, kann die Ermüdungsfestigkeit der Komponente verbessert werden.
DARSTELLUNG
In dem Verfahren, das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2015-533973 offenbart ist, umfassen die Schritte zum Entfernen der wärmebeeinflussten Schicht mehrere Prozesse, was kompliziert ist.
Ein Zweck der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren zum Behandeln von Oberflächen bereitzustellen, das in der Lage ist, eine wärmebeeinflusste Schicht effizient zu entfernen.
Ein Verfahren zum Behandeln von Oberflächen nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Schritt des Bestrahlens eines Werkstücks mit einem gepulsten Laserstrahl durch eine transparente Flüssigkeit und einen Schritt, bei dem Partikel dazu veranlasst werden, mit einer wärmebeeinflussten Schicht zu kollidieren, die sich auf einem Oberflächenschichtabschnitt des Werkstücks in dem Bestrahlungsschritt entwickelt hat. Die Partikel weisen jeweils einen Kern aus einem elastischen Körper und Schleifkörner auf, die auf einer Oberfläche des Kerns vorgesehen sind.
Bei diesem Verfahren zum Behandeln von Oberflächen werden Partikel, die einen Kern aus einem elastischen Körper und Schleifkörner aufweisen, die auf einer Oberfläche des Kerns vorgesehen sind, dazu veranlasst, mit einer wärmebeeinflussten Schicht zu kollidieren. Dadurch kann die wärmebeeinflusste Schicht entfernt werden. Da komplizierte Schritte, die eine Vielzahl von Prozessen umfassen, nicht erforderlich sind, ist es möglich, die wärmebeeinflusste Schicht effizient zu entfernen.
Der Schritt des Veranlassens der Kollision kann umfassen, dass die Partikel dazu veranlasst werden, mit einem Mikroriss der wärmebeeinflussten Schicht zu kollidieren, um die wärmebeeinflusste Schicht unter Verwendung des Mikrorisses als Ausgangspunkt zu entfernen. In diesem Fall ist es möglich, die wärmebeeinflusste Schicht effizient zu entfernen, indem der Mikroriss als Ausgangspunkt verwendet wird.
Der Schritt des Veranlassens der Kollision kann umfassen, dass die Partikel dazu veranlasst werden, mit einer Oberfläche des Werkstücks aus einer schrägen Richtung zu kollidieren, um den Mikroriss in einer Richtung entlang der Oberfläche des Werkstücks wachsen zu lassen. In diesem Fall kann verhindert werden, dass sich der Einfluss der Kollision der Partikel auf das Innere der wärmebeeinflussten Schicht ausdehnt.
Der Schritt des Veranlassens der Kollision kann umfassen, dass die Partikel wiederholt dazu veranlasst werden, mit dem Mikroriss kollidieren, um die wärmebeeinflusste Schicht allmählich zu entfernen, während der Mikroriss mit anderen Rissen verbunden ist. In diesem Fall kann zuverlässiger verhindert werden, dass sich der Einfluss der Kollision der Partikel auf das Innere der wärmebeeinflussten Schicht ausdehnt.
Der Bestrahlungsschritt kann das Erzeugen eines Pinholes auf einer Oberfläche der wärmebeeinflussten Schicht aufgrund eines im Werkstück enthaltenen Einschlusses umfassen. Der Schritt des Veranlassens der Kollision kann umfassen, dass die Partikel dazu veranlasst werden, mit dem Pinhole zu kollidieren, um die wärmebeeinflusste Schicht zu entfernen, wobei das Pinhole als Ausgangspunkt verwendet wird. Da in diesem Fall die wärmebeeinflusste Schicht unter Verwendung des Pinholes als Ausgangspunkt entfernt wird, ist es möglich, die wärmebeeinflusste Schicht effizienter zu entfernen.
Der Schritt des Veranlassens der Kollision kann umfassen, dass die Partikel dazu veranlasst werden, mit einer Oberfläche des Werkstücks aus einer schrägen Richtung zu kollidieren, um eine Oberflächenschicht der wärmebeeinflussten Schicht abzukratzen, während die Partikel innerhalb des Pinholes gefangen werden. In diesem Fall kann verhindert werden, dass sich der Einfluss der Kollision der Partikel auf das Innere der wärmebeeinflussten Schicht ausdehnt.
Der Schritt des Veranlassens der Kollision kann umfassen, dass die Partikel dazu veranlasst wiederholt, mit dem Pinhole zu kollidieren, um die wärmebeeinflusste Schicht allmählich zu entfernen. In diesem Fall kann zuverlässiger verhindert werden, dass sich der Einfluss der Kollision der Partikel auf das Innere der wärmebeeinflussten Schicht ausdehnt.
Der Schritt des Veranlassens der Kollision kann das Entfernen der wärmebeeinflussten Schicht um eine Dicke von 1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger umfassen. In diesem Fall ist es möglich, den Oberflächenschichtabschnitt des Werkstücks zu entfernen, in dem die Eigenspannung zu einer Zugspannung oder Druckspannung nahe 0 wird. Dadurch ist es möglich, die Ermüdungsfestigkeit des Werkstücks zu verbessern.
Der Schritt des Veranlassens der Kollision kann das Einstellen einer Oberflächenrauhigkeit Ra des Werkstücks auf einen Bereich von 1,5 µm oder weniger umfassen. In diesem Fall ist es möglich, die Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks zu verringern.
Der Schritt des Veranlassens der Kollision kann das Einstellen einer Oberflächenrauhigkeit Ra des Werkstücks auf einen Bereich von 1,0 µm oder weniger umfassen. In diesem Fall ist es möglich, die Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks weiter zu verringern.
Figurenliste

1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Behandeln von Oberflächen gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Laserbestrahlungsvorrichtung zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Strahlvorrichtung zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung und eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen Mechanismus zum Entfernen einer wärmebeeinflussten Schicht unter Verwendung eines Mikrorisses als Ausgangspunkt zeigt;
5 ist eine schematische Darstellung und eine teilweise vergrößerte Ansicht, die den Mechanismus zum Entfernen der wärmebeeinflussten Schicht unter Verwendung des Mikrorisses als Ausgangspunkt zeigt;
6 ist eine schematische Darstellung und eine teilweise vergrößerte Ansicht, die den Mechanismus zum Entfernen der wärmebeeinflussten Schicht unter Verwendung des Mikrorisses als Ausgangspunkt zeigt;
7 ist eine schematische Darstellung und eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen Mechanismus zum Entfernen einer wärmebeeinflussten Schicht unter Verwendung eines Pinholes als Ausgangspunkt zeigt;
8 ist eine schematische Darstellung und eine teilweise vergrößerte Ansicht, die den Mechanismus zum Entfernen der wärmebeeinflussten Schicht unter Verwendung des Pinholes als Ausgangspunkt zeigt;
9 ist eine schematische Darstellung und eine teilweise vergrößerte Ansicht, die den Mechanismus zum Entfernen der wärmebeeinflussten Schicht unter Verwendung des Pinholes als Ausgangspunkt zeigt;
10 ist eine Grafik, die Messergebnisse der Eigenspannung zeigt; und
11 ist eine Grafik, die Messergebnisse der Eigenspannung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist zu beachten, dass gleichen Elementen oder Elementen mit gleicher Funktion in der Beschreibung die gleichen Bezugszeichen zugeordnet werden und eine redundante Beschreibung entfällt.
1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Behandeln von Oberflächen gemäß einer Ausführungsform zeigt. Wie in 1 dargestellt umfasst das Verfahren zum Behandeln von Oberflächen gemäß der Ausführungsform einen Bestrahlungsschritt S10 und einen Kollisionsschritt S20. Der Kollisionsschritt S20 umfasst einen Vorbereitungsschritt S21, einen Erwärmungsschritt S22 und einen Injektionsschritt S23. Im Folgenden werden der Bestrahlungsschritt S10 und der Kollisionsschritt S20 beschrieben.
(Bestrahlungsschritt)
Der Bestrahlungsschritt S10 wird mit einer Laserbestrahlungsvorrichtung 10 durchgeführt. 2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das eine Laserbestrahlungsvorrichtung zeigt. Wie in 2 dargestellt weist die Laserbestrahlungsvorrichtung 10 einen Laseroszillator 11, Reflexionsspiegel 12 und 13, eine Kondensorlinse 14, eine Verarbeitungsstufe 15 und eine Steuervorrichtung 16 auf. Der Laseroszillator 11 ist eine Vorrichtung, die einen gepulsten Laserstrahl L oszilliert. Die Reflexionsspiegel 12 und 13 übertragen den vom Laseroszillator 11 oszillierten gepulsten Laserstrahl L auf die Kondensorlinse 14. Die Kondensorlinse 14 kondensiert den gepulsten Laserstrahl L an einer Verarbeitungsposition eines Werkstücks W. Die Verarbeitungsstufe 15 ist ein Wassertank, der mit einem Medium aus einer transparenten Flüssigkeit T wie beispielsweise Wasser gefüllt ist. Das Werkstück W wird in die Verarbeitungsstufe 15 eingelegt, während es in die transparente Flüssigkeit T eingetaucht ist. Das Werkstück W ist z. B. aus einem Stahlwerkstoff oder einem Nichteisenmetallwerkstoff wie einer Aluminiumlegierung oder ähnlichem gebildet. Das Werkstück W ist z. B. ein vakuumaufgekohltes Material.
Die Laserbestrahlungsvorrichtung 10 wird von der Steuervorrichtung 16 gesteuert. Die Steuervorrichtung 16 ist z. B. als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgeführt. Die Steuervorrichtung 16 kann als Computersystem konfiguriert sein, das einen Prozessor, wie z. B. eine Zentralprozessoreinheit (CPU), Speicher, wie z. B. einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Festwertspeicher (ROM), Eingabe-/Ausgabevorrichtungen, wie z. B. ein Touchpanel, eine Maus, eine Tastatur und ein Display, und eine Kommunikationsvorrichtung, wie z. B. eine Netzwerkkarte, aufweist. Die Steuervorrichtung 16 realisiert die Funktion der Steuervorrichtung 16, indem sie jede Hardware unter der Kontrolle des Prozessors auf der Grundlage von in den Speichern gespeicherten Computerprogrammen betreibt.
Der Bestrahlungsschritt S10 ist ein Schritt des Bestrahlens des Werkstücks W mit dem gepulsten Laserstrahl L durch die transparente Flüssigkeit T. Der gepulste Laserstrahl L wird durch den Laseroszillator 11 oszilliert und dann durch ein optisches System, das die Reflexionsspiegel 12 und 13 aufweist, zur Kondensorlinse 14 übertragen. Dann wird der gepulste Laserstrahl L durch die Kondensorlinse 14 gebündelt und durch die transparente Flüssigkeit T auf die Oberfläche des Werkstücks W aufgebracht. Das Bestrahlen mit dem gepulsten Laserstrahl L wird als Reaktion auf den Betrieb der Verarbeitungsstufe 15 durchgeführt. Die Bestrahlungsbedingung (z. B. der Spotdurchmesser, die Pulsenergie oder die Bestrahlungsdichte) wird entsprechend eingestellt.
Wenn der gepulste Laserstrahl L auf die Oberfläche des Werkstücks W auftrifft, kommt es zu einem Laserabtrag auf der Oberfläche des Werkstücks W, und es wird Plasma erzeugt. In der Atmosphäre verdampft das Material am Bestrahlungspunkt. Da der Bestrahlungspunkt auf dem Werkstück W mit der transparenten Flüssigkeit T bedeckt ist, wird das Werkstück W durch die Stoßwelle des Plasmas plastisch verformt. Bei der Oberflächenbehandlung mittels eines solchen Laserabtrags (dem sogenannten Laser Peening) werden Druckeigenspannungen in den Oberflächenschichtabschnitt des Werkstücks W eingebracht, was die Ermüdungsfestigkeit des Werkstücks W verbessern kann.
Ein Verfahren zum Behandeln von Oberflächen, das thermische Energie und eine Schockwelle nutzt, wie z. B. das Laser Peening, kann im Vergleich zum Kugelstrahlen Druckeigenspannungen von der Oberfläche des Werkstücks W in eine tiefere Position bringen. Mit diesem Verfahren zum Behandeln von Oberflächen können Druckeigenspannungen bis zu einer Tiefe von z. B. 1 mm oder mehr ab der Oberfläche des Werkstücks W eingebracht werden. In der äußersten Schicht des Werkstücks W wird die Eigenspannung jedoch aufgrund des Wärmeeinflusses zu einer Zugspannung oder zu einer Druckspannung nahe 0.
Im Bereich des Oberflächenschichtabschnitts des Werkstücks W, der einem Laser Peening unterzogen wurde, entsteht eine wärmebeeinflusste Schicht Wa (siehe 4), die durch Wärme beeinflusst wird. In der wärmebeeinflussten Schicht Wa wird ein Mikroriss C1 (siehe 4) erzeugt. Die Größe des Mikrorisses C1 beträgt z. B. 10 µm oder mehr und 50 µm oder weniger. Wenn das Material, aus dem das Werkstück W gebildet ist, einen Einschluss wie Cr oder ähnliches aufweist, wird ein Pinhole P (siehe 7) auch an der Oberfläche der wärmebeeinflussten Schicht Wa durch den Einfluss der Ablationswärme erzeugt. Die Größe des Pinholes P beträgt z. B. 10 µm oder mehr und 50 µm oder weniger. Diese Mikrorisse C1 und das Pinhole P verursachen Rissbildung und verringern die Ermüdungsfestigkeit.
(Kollisionsschritt)
Der Kollisionsschritt S20 wird z. B. von einer Strahlvorrichtung durchgeführt. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Strahlvorrichtung zeigt. Bei der in 3 dargestellten Strahlvorrichtung 20 handelt es sich um eine Strahlvorrichtung des direkten Drucktyps (mit Druck beaufschlagt). Obwohl in dieser Schrift der direkte Drucktyp beschrieben wird, kann die Strahlvorrichtung 20 auch ein Saugtyp (Schwerkrafttyp) sein. Die Strahlvorrichtung 20 weist einen Vorratsbehälter 21, einen Heizer 22 und eine Düse 23 auf. Der Vorratsbehälter 21 definiert im Inneren einen Raum zur Lagerung von Partikeln 30 zum Strahlen (siehe 4) und lagert die Partikel 30.
Die Partikel 30 weisen jeweils einen Kern 31 aus einem elastischen Körper und mehrere Schleifkörner 32 auf, die auf der Oberfläche des Kerns 31 vorgesehen sind (siehe 4). Der Kern 31 ist aus Heißschmelzharz gefertigt. Das Heißschmelzharz ist ein Harz mit Thermoplastizität. Das Heißschmelzharz ist bei Raumtemperatur fest (eine feste Phase) und schmilzt bei einer Temperatur, die gleich oder höher als der Schmelzpunkt ist, um in eine Flüssigkeit (eine flüssige Phase) überzugehen. Indem das Heißschmelzharz in eine feste Phase übergeht, während das Heißschmelzharz in einer flüssigen Phase mit einem anderen Material in Kontakt ist, wird das Heißschmelzharz mit dem Material verbunden.
Das Heißschmelzharz, das für den Kern 31 verwendet werden kann, ist z. B. ein Material mit einem Schmelzpunkt von 60 °C oder höher und 100 °C oder niedriger. Liegt der Schmelzpunkt unter 60 °C, kann das Heißschmelzharz beim Strahlen in eine flüssige Phase übergehen. Wenn der Schmelzpunkt über 100 °C liegt, kann der Schritt des Befestigens der Schleifkörner 32 an dem Kern 31 kostspielig sein. Außerdem liegt der Erweichungspunkt tendenziell bei hohen Temperaturen, und es kann schwierig sein, die Gummielastizität zu kontrollieren. Der Erweichungspunkt ist die Temperatur, bei der das Heißschmelzharz zu erweichen beginnt. Alternativ kann für den Kern 31 ein Heißschmelzharz verwendet werden, dessen Gummielastizität sich in Abhängigkeit von der Temperatur in einem Temperaturbereich von 80 °C oder weniger ändert. Beispielsweise kann ein Material verwendet werden, bei dem die Änderung der Gummihärte 1,3 (A) oder mehr beträgt, bezogen auf eine Temperaturänderung von 1 °C in einem Temperaturbereich von 20 °C oder höher und 50 °C oder niedriger. Die Gummihärte ist hier die Shore-Härte (A) und wird z. B. mit einem Durometer Typ A gemessen.
Das Heißschmelzharz, das die obigen Bedingungen erfüllt, enthält beispielsweise Ethylenvinylacetat, Polyurethan, Polyethylen niedriger Dichte, Polyester, Polyamid, Polyolefin, ein Ionomer oder Polyvinylalkohol als Hauptkomponente. Ein Heißschmelzharz, das Ethylenvinylacetat als Hauptkomponente enthält, weist einen Schmelzpunkt in einem Bereich von 60 °C oder höher und 97 °C oder niedriger, und einen Erweichungspunkt von 69 °C oder niedriger auf (wenn der Schmelzpunkt 60 °C beträgt, ist der Erweichungspunkt 40 °C oder niedriger). Ein Heißschmelzharz, das Polyurethan als Hauptkomponente enthält, weist einen Schmelzpunkt von 90°C auf.
Der Kern 31 ist ein Partikel, der durch Pulverisieren des Heißschmelzharzes zu einer Partikelgröße in einem vorgegebenen Bereich erhalten wird. Die Form des Kerns 31 kann kugelförmig, tafelförmig, säulenförmig, konisch oder polyedrisch sein. Die Partikelgröße des Kerns 31 kann in einem Bereich von 50 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger oder in einem Bereich von 600 µm oder mehr und 1000 µm oder weniger liegen. Der Kern 31 muss nur das Heißschmelzharz als Hauptkomponente enthalten und kann auch ein anderes Harz als das Heißschmelzharz oder andere Komponenten enthalten.
Die Schleifkörner 32 sind Partikel, die durch Pulverisieren eines Materials, das härter als das zu strahlende Material ist, in eine Partikelgröße in einem vorgegebenen Bereich erhalten werden. Als Material der Schleifkörner 32 können Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Ceroxid, Wolframkarbid, Zirkoniumdioxid, Borkarbid, Diamant oder Ähnliches verwendet werden. Bei den Schleifkörnern 32 kann es sich um Pulver mit einer vorbestimmten durchschnittlichen Partikelgröße handeln. Die mittlere Partikelgröße ist der Median-Durchmesser (D50) und zeigt die Verteilung der Partikelgröße an. Die durchschnittliche Partikelgröße der Schleifkörner 32 kann 20 µm oder weniger oder 10 µm oder weniger betragen.
Die Schleifkörner 32 sind an dem Kern 31 befestigt. Fixieren bedeutet, dass ein zu fixierender Gegenstand und eine geschmolzene Substanz in engem Kontakt stehen und durch Erstarren der geschmolzenen Substanz aneinander haften. Die Schleifkörner 32 und der durch Wärme geschmolzene Kern 31 stehen in engem Kontakt zueinander, und die Schleifkörner 32 haften am Kern 31, indem der Kern 31 durch Abkühlung erstarrt. Die Schleifkörner 32 können auf der Oberfläche des Kerns 31 oder auf der Innenseite des Kerns 31 in radialer Richtung befestigt sein. Die Schleifkörner 32 können so befestigt sein, dass sie teilweise auf der Innenseite des Kerns 31 in radialer Richtung von der Oberfläche des Kerns 31 bedeckt sind und teilweise auf der Außenseite des Kerns 31 in radialer Richtung von der Oberfläche des Kerns 31 freiliegen. Die Schleifkörner 32 können so am Kern 31 befestigt sein, dass sie vollständig bedeckt sind. In diesem Fall sind die Schleifkörner 32, die so am Kern 31 befestigt sind, dass sie vollständig bedeckt sind, mehr in der Nähe der Oberfläche des Kerns 31 als in der Mitte des Kerns 31 verteilt.
Wenn die Schleifkörner 32, die so am Kern 31 befestigt sind, dass sie vollständig bedeckt sind, mehr in der Nähe der Oberfläche des Kerns 31 als in der Mitte des Kerns 31 verteilt sind, werden die Schleifkörner 32, die so befestigt sind, dass sie vollständig bedeckt sind, von innen neu freigelegt, wenn die Oberfläche des Partikels 30 abgeschliffen wird. Der Partikel 30, bei dem die Schleifkörner 32 mehr in der Nähe der Oberfläche des Kerns 31 verteilt sind, hat eine höhere Schneidkraft und eine größere Elastizitätsgrenze als ein Schleifpartikel, bei dem die Schleifkörner 32 gleichmäßig im Inneren des Kerns 31 verteilt sind.
Da der Kern 31 aus dem Heißschmelzharz gebildet ist, ändert sich die Härte des Partikels 30 (des Kerns 31) in Abhängigkeit von der Temperatur. Wenn das Strahlen mit den Partikeln 30 durchgeführt wird, ändert sich die Härte der Partikel 30 in Abhängigkeit von der Temperatur des Gases, das zusammen mit den Partikeln 30 injiziert wird. Durch die Verwendung der Partikel 30 und das Einstellen der Gastemperatur ist es möglich, das Strahlen zum Erreichen des Zieloberflächenzustands des Werkstücks W effizient durchzuführen.
Der Vorratsbehälter 21 wird von außen mit den Partikeln 30 versorgt. Zum Beispiel kann ein Bediener den Vorratsbehälter 21 mit den Partikeln 30 versorgen bzw. beschicken. Der Vorratsbehälter 21 kann einen Teil der zum Strahlen verwendeten Partikel 30 wiederverwenden. In diesem Fall wird der Vorratsbehälter 21 mit den zum Strahlen verwendeten Partikeln 30 aus einem später beschriebenen Klassifizierungsmechanismus 24 versorgt. Der Vorratsbehälter 21 ist über eine Festmengenversorgungseinheit 25 und eine Hilfsleitung 26b mit der Düse 23 verbunden. Die Festmengenversorgungseinheit 25 ist eine Vorrichtung, welche die im Vorratsbehälter 21 gelagerten Partikel 30 an die Hilfsleitung 26b abgibt und ist z. B. eine Förderschnecke.
Jeweils eine Leitung 26a und die Hilfsleitung 26b sind mit einer Gasversorgungsquelle 27, die Gas liefert, und einem Rohr 26 verbunden. Die Gasversorgungsquelle 27 ist z. B. ein Kompressor oder eine Gasflasche, die Gas mit einem mittleren Druck (z. B. 0,1 MPa oder mehr und 0,6 MPa oder weniger) zuführt, oder ein Ventilator oder ein Gebläse, das Gas mit einem niedrigen Druck (z. B. 0,01 MPa oder mehr und 0,1 MPa oder weniger) zuführt. In der vorliegenden Ausführungsform liefert ein Kompressor Druckluft. Das von der Gasversorgungsquelle 27 der Hilfsleitung 26b zugeführte Gas fördert die von der Festmengenversorgungseinheit 25 ausgesandten Partikel 30 zur Düse 23. Der Injektionsdruck der Strahlvorrichtung 20 wird hauptsächlich durch den Druck des von der Leitung 26a zur Düse 23 zugeführten Gases bestimmt.
Der Heizer 22 ist eine Vorrichtung, die das Gas in der Leitung 26a erwärmt. Der Heizer 22 ist z. B. ein Nichromedraht, ein Keramikheizer, ein Bandheizer, ein Ölheizer, ein Wärmetauscher oder ähnliches. Der Heizer 22 kann an der Außenwand der Leitung 26a oder im Inneren der Leitung 26a vorgesehen sein.
Die Düse 23 injiziert die aus dem Vorratsbehälter 21 zugeführten Partikel 30 zusammen mit dem von dem Heizer 22 erwärmten Gas. Die Düse 23 ist in einer Behandlungskammer 28 aufgenommen und wird über das Rohr 26 mit einem Gas-Feststoff-Zweiphasenstrom versorgt, in dem die aus dem Vorratsbehälter 21 zugeführten Partikel 30 und das von dem Heizer 22 erwärmte Gas vermischt werden. Die Düse 23 injiziert die Partikel 30 zusammen mit dem Gas in Richtung des in der Behandlungskammer 28 befindlichen Werkstücks W (siehe 4). Als Ergebnis wird das Werkstück W gestrahlt. Das Werkstück W kann von einem Tisch (nicht dargestellt) getragen werden und seine Position kann durch einen Tischantriebsmechanismus eingestellt werden.
Der untere Teil der Behandlungskammer 28 ist über den Klassifizierungsmechanismus 24 mit dem Vorratsbehälter 21 verbunden. Die Partikel 30 und Späne des Werkstücks W, die in den unteren Teil der Behandlungskammer 28 gefallen sind, werden von einem Staubabscheider (nicht dargestellt) abgesaugt und durchlaufen den Klassifizierungsmechanismus 24. Der Klassifizierungsmechanismus 24 klassifiziert wiederverwendbare Partikel 30 und andere feine Partikel (wie z. B. gebrochene Partikel 30 und die Späne des Werkstücks W). Die anderen feinen Partikel werden durch den Staubabscheider aufgefangen. Der untere Teil des Klassifizierungsmechanismus 24 ist mit dem oberen Teil des Vorratsbehälters 21 verbunden. Die wiederverwendbaren Partikel 30 werden dem Vorratsbehälter 21 von dem Klassifizierungsmechanismus 24 zugeführt. Wenn die Partikel 30 nicht wiederverwendet werden, ist es denkbar, dass die Strahlvorrichtung 20 den Klassifizierungsmechanismus 24 nicht aufweist.
Die Strahlvorrichtung 20 wird von einer Steuervorrichtung 29 gesteuert. Die Steuervorrichtung 29 ist z. B. als SPS konfiguriert. Die Steuervorrichtung 29 kann als Computersystem konfiguriert sein, das einen Prozessor, wie z. B. eine CPU, Speicher, wie z. B. RAM und ROM, Eingabe-/Ausgabevorrichtungen, wie z. B. ein Touchpanel, eine Maus, eine Tastatur und eine Anzeige, und eine Kommunikationsvorrichtung, wie z. B. eine Netzwerkkarte, aufweist. Die Steuervorrichtung 29 realisiert die Funktion der Steuervorrichtung 29, indem sie jede Hardware unter der Kontrolle des Prozessors auf der Grundlage von in den Speichern gespeicherten Computerprogrammen betreibt.
Der Kollisionsschritt S20 ist ein Schritt, bei dem die Partikel 30 dazu veranlasst werden, mit der wärmebeeinflussten Schicht Wa zu kollidieren, die sich auf dem Oberflächenschichtabschnitt des Werkstücks W im Bestrahlungsschritt S10 entwickelt hat. Zunächst werden im Kollisionsschritt S20 die Partikel 30 wie im Vorbereitungsschritt S21 vorbereitet. Die Vorbereitung bedeutet, dass eine vorbestimmte Menge an Partikeln 30 in dem Vorratsbehälter 21 gelagert wird.
Anschließend wird das Gas im Heizschritt S22 erhitzt. Die Temperatur des Gases steigt durch die Erwärmung durch den Heizer 22 an. Das von dem Heizer 22 erwärmte Gas wird zu einem Luftstrom, der zur Düse 23 strömt und durch die Leitung 26a, die Hilfsleitung 26b und das Rohr 26 fließt. Die Partikel 30 werden von der Festmengenversorgungseinheit 25 dem Luftstrom des zur Düse 23 strömenden Heizgases zugeführt. Die Härte der Partikel 30 ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Gases.
Schließlich werden in dem Injektionsschritt S23 die vorbereiteten Partikel 30 und das erhitzte Gas zusammen injiziert. Die Düse 23 injiziert die Partikel 30 und das erhitzte Gas gemeinsam. Die Düse 23 injiziert die Partikel 30 in einer schrägen Richtung zur Oberfläche des Werkstücks W. Die injizierten Partikel 30 kollidieren mit der wärmebeeinflussten Schicht Wa des Werkstücks W. Die Partikel 30 kollidieren mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und einem vorbestimmten Auftreffwinkel mit dem Werkstück W. Die Geschwindigkeit der Partikel 30 wird auf der Grundlage des Gasdrucks, der Form der Düse 23 und des Abstands zwischen der Düse 23 und dem Werkstück W bestimmt. Der Auftreffwinkel der Partikel 30 wird auf der Grundlage des Neigungswinkels der Düse 23 in Bezug auf das Werkstück W und der Form der Düse 23 bestimmt. Diese Geschwindigkeit und der Auftreffwinkel können als Strahlbedingungen verändert werden. Die wärmebeeinflusste Schicht Wa wird durch die Kollision der Partikel 30 entfernt. Wenn der Injektionsschritt S23 abgeschlossen ist, wird der Kollisionsschritt S20 beendet.
In dem Kollisionsschritt S20 werden die Partikel 30 mit einer beliebigen Härte injiziert, und die wärmebeeinflusste Schicht Wa wird um eine Dicke von 1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger entfernt (verdünnt). Die abgetragene Menge (Dicke) der wärmebeeinflussten Schicht Wa ist durch die Härte der injizierten Partikel 30 einstellbar. Durch das Entfernen der wärmebeeinflussten Schicht Wa wird auch der Mikroriss C1 der wärmebeeinflussten Schicht Wa entfernt. Die Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks W wird im Kollisionsschritt S20 verringert. Die Oberflächenrauhigkeit Ra des Werkstücks W wird auf einen Bereich von 1,5 µm oder weniger, bevorzugt 1,0 µm oder weniger, eingestellt. Die untere Grenze der Oberflächenrauhigkeit Ra kann 0,2 µm oder 0,1 µm betragen. Es wird angemerkt, dass die Oberflächenrauhigkeit Ra das arithmetische Mittel der Rauheit nach JIS B0601; 2001 angibt.
Die Steuervorrichtung 29 stellt die Härte des Kerns 31 ein, indem sie die Heiztemperatur des Heizers 22 einstellt. Beispielsweise stellt die Steuervorrichtung 29 die Temperatur der Partikel 30 auf drei Temperaturbereiche eines niedrigen Temperaturbereichs, eines mittleren Temperaturbereichs und eines hohen Temperaturbereichs ein, um die Härte des Kerns 31 einzustellen. Der niedrige Temperaturbereich, der mittlere Temperaturbereich und der hohe Temperaturbereich werden so eingestellt, dass sie in der Reihenfolge höher werden. Wenn die Temperatur der Partikel 30 auf den hohen Temperaturbereich eingestellt ist, sind die Partikel 30 weicher als wenn die Temperatur der Partikel 30 auf den mittleren Temperaturbereich oder den niedrigen Temperaturbereich eingestellt ist. Daher ist der Verformungsbetrag bei der Kollision mit dem Werkstück W groß, und das Werkstück W ist schwach poliert.
4 bis 6 sind schematische Darstellungen und teilweise vergrößerte Ansichten, die einen Mechanismus zum Entfernen einer wärmebeeinflussten Schicht unter Verwendung eines Mikrorisses als Ausgangspunkt zeigen.
Wie in 4 gezeigt, wird ein im Injektionsschritt S23 injizierter Partikel 30 in einer schrägen Richtung in Bezug auf die Oberfläche des Werkstücks W injiziert. Dadurch kollidiert der Partikel 30 aus einer schrägen Richtung mit dem Mikroriss C1, der in der wärmebeeinflussten Schicht Wa des Werkstücks W im Bestrahlungsschritt S10 erzeugt wurde. Wie in 5 gezeigt, wird der kugelförmige Kern 31 durch die Einwirkung der Kollision verformt, wenn der Partikel 30 mit der Oberfläche des Werkstücks W kollidiert (in Kontakt kommt), und die Schleifkörner 32 erzeugen Risse C2, die feiner sind als der Mikroriss C1 in der Nähe des Mikrorisses C1.
Da der Partikel 30 aus einer schrägen Richtung kollidiert, ist die Kollisionsenergie gering. Da der Oberflächenschichtabschnitt (Defektschicht) des Werkstücks W durch das Vorhandensein des Mikrorisses C1 brüchig ist, werden die neuen Risse C2 leicht mit geringer Kollisionsenergie erzeugt. Dadurch wächst der Mikroriss C1 im Wesentlichen in der Ebenenrichtung (der Richtung entlang der Oberfläche des Werkstücks W). Da es keinen Mikroriss C1 an einer Position gibt, die tiefer als der Oberflächenschichtabschnitt des Werkstücks W liegt, werden kaum neue Risse C2 erzeugt, obwohl der Partikel 30 kollidiert.
Der Partikel 30 wird aus einer schrägen Richtung injiziert und bewegt sich daher nach der Kollision mit der Oberfläche des Werkstücks W in der ebenen Richtung (der Richtung entlang der Oberfläche des Werkstücks W), obwohl die Bewegung eine winzige Zeit durch Gleiten auf der Oberfläche des Werkstücks W beträgt, wie in 6 gezeigt. Durch das Gleiten des Partikels 30 werden der Mikroriss C1 und die benachbarten Risse C2 belastet, und die Risse wachsen. Durch das Injizieren von mehreren Partikeln 30, um zu bewirken, dass die Partikel 30 wiederholt mit dem Mikroriss C1 kollidieren, wächst der Mikroriss C1 und wird mit den Rissen C2 verbunden. Infolgedessen wird die Oberflächenschicht der wärmebeeinflussten Schicht Wa gebrochen. Durch Abschaben der gebrochenen Oberflächenschicht durch die Partikel 30 wird die Oberfläche des Werkstücks W poliert. Auf diese Weise wird die wärmebeeinflusste Schicht Wa schrittweise entfernt, wobei der Mikroriss C1 als Ausgangspunkt für den Kollisionsschritt S20 dient. Die Oberfläche des Werkstücks W wird durch Schneiden mit den Partikeln 30 poliert.
7 bis 9 sind schematische Darstellungen und teilweise vergrößerte Ansichten, die einen Mechanismus zum Entfernen einer wärmebeeinflussten Schicht unter Verwendung eines Pinholes als Ausgangspunkt zeigen.
Wie in 7 gezeigt, wird ein im Injektionsschritt S23 injizierter Partikel 30 in einer schrägen Richtung in Bezug auf die Oberfläche des Werkstücks W injiziert. Somit tritt der Partikel 30 aus einer schrägen Richtung in ein Pinhole P ein, das auf der Oberfläche des Werkstücks W in dem Bestrahlungsschritt S10 erzeugt wurde. Wie in 8 dargestellt wird der kugelförmige Kern 31 durch die Wirkung der Kollision verformt, wenn der Partikel 30 mit der Oberfläche des Werkstücks W kollidiert (in Kontakt kommt), und die Randabschnitte der Schleifkörner 32 bewegen sich in das Pinhole P.
Der Partikel 30 wird aus einer schrägen Richtung injiziert und bewegt sich daher nach der Kollision mit der Oberfläche des Werkstücks W in der ebenen Richtung, obwohl die Bewegung eine winzige Zeit durch Gleiten auf der Oberfläche des Werkstücks W beträgt, wie in 9 gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Schleifkörner 32 im Inneren des Pinholes P gefangen und schaben die Oberflächenschicht der wärmebeeinflussten Schicht Wa ab, wobei das Pinhole P als Ausgangspunkt dient. Im Kollisionsschritt S20 wird durch Injizieren von mehreren Partikeln 30, um die Partikel 30 wiederholt zu veranlassen, mit dem Pinhole P zu kollidieren, die wärmebeeinflusste Schicht Wa schrittweise entfernt, wobei das Pinhole P als Ausgangspunkt dient. Die Oberfläche des Werkstücks W wird durch Schneiden mit den Partikeln 30 poliert.
Wie oben beschrieben werden bei dem Verfahren zum Behandeln von Oberflächen gemäß der Ausführungsform die Partikel 30, die jeweils den Kern 31 aus einem elastischen Körper und die auf der Oberfläche des Kerns 31 vorgesehenen Schleifkörner 32 aufweisen, in dem Kollisionsschritt S20 zur Kollision mit der wärmebeeinflussten Schicht Wa veranlasst. Im Ergebnis wird die wärmebeeinflusste Schicht Wa entfernt. Dementsprechend ist es im Gegensatz zu dem Verfahren, das in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2015-533973 offenbart ist, nicht notwendig, komplizierte Schritte einschließlich mehrerer Prozesse durchzuführen. Insbesondere ist kein chemisches Ätzen erforderlich, die Umweltbelastung durch den Einsatz von Chemikalien und die Kosten für die Neutralisierung können verringert werden. So ist es mit dem Verfahren zum Behandeln von Oberflächen gemäß der Ausführungsform möglich, die wärmebeeinflusste Schicht Wa, die zu einer Zugspannung oder Druckspannung nahe 0 wird, effizient zu entfernen. Durch das Entfernen der wärmebeeinflussten Schicht Wa werden auch der Mikroriss C1 und das Pinhole P entfernt, was das Wachstum von Rissen verhindert und die Ermüdungsfestigkeit verbessert. Dementsprechend ist es möglich, die Oberfläche des Werkstücks W zu einer abriebfesten, dauerhaften Oberfläche zu machen.
In dem Kollisionsschritt S20 wird, indem die Partikel 30 mit dem Mikroriss C1 der wärmebeeinflussten Schicht Wa kollidieren, die wärmebeeinflusste Schicht Wa unter Verwendung des Mikrorisses C1 als Ausgangspunkt entfernt. Auf diese Weise wird der Mikroriss C1 als Ausgangspunkt verwendet, und es ist möglich, die wärmebeeinflusste Schicht Wa effizient zu entfernen. Im Kollisionsschritt S20 wird, indem die Partikel 30 aus einer schrägen Richtung mit der Oberfläche des Werkstücks W kollidieren, der Mikroriss C1 in der Richtung entlang der Oberfläche des Werkstücks W zum Wachsen gebracht. Dadurch kann verhindert werden, dass sich der Einfluss der Kollision der Partikel 30 in das Innere der wärmebeeinflussten Schicht Wa ausbreitet. Im Kollisionsschritt S20 wird durch wiederholtes Kollidieren der Partikel 30 mit dem Mikroriss C1 die wärmebeeinflusste Schicht Wa allmählich entfernt, während der Mikroriss C1 mit benachbarten Rissen C2 verbunden wird. So kann zuverlässiger verhindert werden, dass sich der Einfluss der Kollision der Partikel 30 bis ins Innere der wärmebeeinflussten Schicht Wa erstreckt.
Im Bestrahlungsschritt S10 wird auf der Oberfläche der wärmebeeinflussten Schicht Wa aufgrund eines im Werkstück W enthaltenen Einschlusses ein Pinhole P erzeugt. Im Kollisionsschritt S20 wird die wärmebeeinflusste Schicht Wa unter Verwendung des Pinholes P als Ausgangspunkt abgetragen, indem die Partikel 30 zur Kollision mit dem Pinhole P veranlasst werden. Auf diese Weise wird die wärmebeeinflusste Schicht Wa unter Verwendung des Pinholes P als Ausgangspunkt entfernt, und es ist möglich, die wärmebeeinflusste Schicht Wa effizienter zu entfernen. Im Kollisionsschritt S20 wird, indem die Partikel 30 aus einer schrägen Richtung mit der Oberfläche des Werkstücks W kollidieren, die Oberflächenschicht der wärmebeeinflussten Schicht Wa abgeschabt, während die Partikel 30 im Inneren des Pinholes P gefangen werden. Dadurch kann verhindert werden, dass sich der Einfluss der Kollision der Partikel 30 in das Innere der wärmebeeinflussten Schicht Wa erstreckt. Im Kollisionsschritt S20 wird durch wiederholtes Kollidieren der Partikel 30 mit dem Pinhole P die wärmebeeinflusste Schicht Wa schrittweise entfernt. So kann zuverlässiger verhindert werden, dass sich der Einfluss der Kollision der Partikel 30 bis ins Innere der wärmebeeinflussten Schicht Wa erstreckt.
Im Kollisionsschritt S20 wird die wärmebeeinflusste Schicht Wa mit einer Dicke von 1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger entfernt. So ist es möglich, den Oberflächenschichtabschnitt des Werkstücks W zu entfernen, in dem die im Bestrahlungsschritt S10 eingebrachte Eigenspannung zu einer Zugspannung oder Druckspannung nahe 0 wird. Dadurch ist es möglich, die Ermüdungsfestigkeit des Werkstücks W zu verbessern. Wie später beschrieben, erreicht der Wert der im Kollisionsschritt S20 in das Werkstück W eingebrachten Druckeigenspannung in einem Bereich von 10 µm oder mehr und 50 µm oder weniger Tiefe ab der Oberfläche des Werkstücks W seine maximale Größe. Mit allgemeinem Polieren kann das Polieren über diesen Bereich hinaus ausgeführt werden. Im Kollisionsschritt S20 werden die Partikel 30, deren Polierstärke durch Einstellen der Temperatur leicht einstellbar ist, verwendet, um den Abschnitt freizulegen, in dem der Wert der Druckeigenspannung im Werkstück W am größten ist, und es ist möglich, die Ermüdungsfestigkeit des Werkstücks W zu verbessern.
Im Kollisionsschritt S20 wird die Oberflächenrauhigkeit Ra des Werkstücks W auf einen Bereich von 1,5 µm oder weniger, bevorzugt 1,0 µm oder weniger, eingestellt. So ist es möglich, die Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks W zu verringern und die in dem Bestrahlungsschritt S10 verschlechterte Oberflächengenauigkeit zu verbessern. Dementsprechend ist es möglich, das Wachstum von Rissen aufgrund der Oberflächenrauhigkeit zu verhindern.
Die Verhinderung des Risswachstums ist umso effektiver, je geringer die Oberflächenrauhigkeit Ra ist, aber die für den Kollisionsschritt S20 erforderliche Zeit wird länger. Das heißt, durch die größtmögliche Verringerung der Oberflächenrauhigkeit Ra kann ein Bauteil so bearbeitet werden, dass es eine Oberfläche erhält, bei der die Entstehung von Rissen verhindert wird, aber die Produktivität wird dabei gesenkt. Um das Wachstum von Rissen zu verhindern und die Anforderungen an die Produktivität zu erfüllen, wird die Untergrenze der Oberflächenrauhigkeit Ra auf 0,2 µm, bevorzugt 0,1 µm, eingestellt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf die obige Ausführungsform beschränkt und kann auf verschiedene Weise geändert werden, ohne vom Kern der Sache abzuweichen. Zum Beispiel wird im Kollisionsschritt S20 in der obigen Ausführungsform das Strahlen mit der Strahlvorrichtung 20 durchgeführt, aber das Strahlen ist nicht darauf beschränkt. Im Kollisionsschritt S20 ist es nur erforderlich, zu veranlassen, dass die Partikel 30 mit der wärmebeeinflussten Schicht Wa des Werkstücks W kollidieren, und es kann mit den Partikeln 30 z. B. brüniert, trommelpoliert oder kugelgestrahlt werden.
Im Folgenden werden experimentelle Beispiele beschrieben.
10 und 11 sind Grafiken, die Messergebnisse der Eigenspannung zeigen. In jeder der 10 und 11 stellt die horizontale Achse die Tiefe (µm) ab der Oberfläche eines Werkstücks dar und die vertikale Achse die Eigenspannung (MPa). Negative Werte weisen auf Druckspannungen und positive Werte auf Zugspannungen hin. Der Begriff „NP“ bezeichnet die Messergebnisse der Eigenspannung eines Werkstücks, das nicht dem Bestrahlungsschritt (Laser Peening) unterzogen wurde, und der Begriff „LP“ bezeichnet die Messergebnisse der Eigenspannung eines Werkstücks, das dem Bestrahlungsschritt (Laser Peening) unterzogen wurde. 10 zeigt die Messergebnisse bis zu einer Tiefe von 2000 µm, und 11 zeigt die Messergebnisse bis zu einer Tiefe von 150 µm. Das Laser Peening wurde mit einem Spotdurchmesser von 1,2 mm, einer Pulsenergie von 987 mJ und einer Bestrahlungsdichte von 44 Pulsen/mm2 durchgeführt.
Wie in 10 und 11 gezeigt, kann beim Laser Peening eine Druckeigenspannung bis zu einer Tiefe von 2000 µm ab der Oberfläche des Werkstücks aufgebracht werden. Insbesondere ist der Wert der Druckeigenspannung in einem Bereich von 10 µm oder mehr und 50 µm oder weniger in der Tiefe groß. In der äußersten Schicht des Werkstücks ist die Druckspannung nahe 0. Durch das Entfernen der wärmebeeinflussten Schicht um eine Dicke von 1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger wird die Druckeigenspannung ausreichend aufgebracht, und der Abschnitt, in dem Risse nur schwer wachsen, kann als äußerste Schicht des Werkstücks verwendet werden.
Der Kollisionsschritt wurde nach dem Bestrahlungsschritt durchgeführt, und die Oberflächenspannung und Oberflächenrauhigkeit eines Werkstücks wurden vor und nach dem Kollisionsschritt gemessen. Die Ergebnisse der Messung werden im Folgenden beschrieben. Der Kollisionsschritt wurde mit einer Direktdruckstrahlvorrichtung (Druckstrahlvorrichtung) durchgeführt. Die Partikel zum Strahlen wurden aus Kernen unter Verwendung von Heißschmelzpulver PR8050 aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, das von Tokyo Printing Ink Mfg. Co., Ltd. hergestellt wurde und Schleifkörnern unter Verwendung von Siliziumkarbid (SiC)-Pulver GC#2000, hergestellt von Matsumi Kenmazai Co., Ltd. hergestellt. Der Kollisionsschritt wurde unter der Bedingung durchgeführt, dass die Abtragsmenge (Dicke) des Werkstücks 7 µm betrug.
Die Eigenspannung der Oberfläche des Werkstücks wurde nach der cosa-Methode mit einem Eigenspannungsmessgerät µ-X360 der Firma Pulstec Industrial Co., Ltd. gemessen. Die Messung wurde mit einem Cr-Rohr mit einem Bestrahlungsdurchmesser von φ 1,0 mm und einem Kollimatordurchmesser von φ1,0 mm durchgeführt. Die Eigenspannung vor dem Kollisionsschritt betrug -151 MPa entlang der Laserbestrahlungsrichtung und -195 MPa in der Richtung orthogonal zur Laserbestrahlungsrichtung. Die Eigenspannung nach dem Kollisionsschritt betrug -918 MPa entlang der Laserbestrahlungsrichtung und -1005 MPa in der Richtung orthogonal zur Laserbestrahlungsrichtung. Als Ergebnis des Entfernens der wärmebeeinflussten Schicht im Kollisionsschritt wurde bestätigt, dass der Wert der Druckeigenspannung auf der Oberfläche erhöht wurde.
Die Oberflächenrauhigkeit wurde mit dem von TOKYO SEIMITSU CO., LTD. hergestellten Surfcom 1400 gemessen, basierend auf JIS B0601; 2001, dem JIS-Standard für Oberflächenrauhigkeit. Vor dem Kollisionsschritt betrug Ra 0,6830 µm, und Rz betrug 4,3964 µm. Nach dem Kollisionsschritt betrug Ra 0,5767 µm, und Rz betrug 4,3045 µm. Auf diese Weise wurde bestätigt, dass die Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks im Kollisionsschritt verringert wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015533973 [0002, 0003, 0051]

Claims

Verfahren zum Behandeln von Oberflächen, umfassend: einen Schritt des Bestrahlens eines Werkstücks mit einem gepulsten Laserstrahl durch eine transparente Flüssigkeit; und einen Schritt, bei dem Partikel, die jeweils einen Kern aus einem elastischen Körper und Schleifkörner aufweisen, die auf einer Oberfläche des Kerns vorgesehen sind, dazu veranlasst werden, mit einer wärmebeeinflussten Schicht zu kollidieren, die sich auf einem Oberflächenschichtabschnitt des Werkstücks in dem Bestrahlungsschritt entwickelt hat.
Verfahren zum Behandeln von Oberflächen nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Veranlassens der Kollision umfasst, dass die Partikel dazu veranlasst werden, mit einem Mikroriss der wärmebeeinflussten Schicht zu kollidieren, um die wärmebeeinflusste Schicht unter Verwendung des Mikrorisses als Ausgangspunkt zu entfernen.
Verfahren zum Behandeln von Oberflächen nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Veranlassens der Kollision umfasst, dass die Partikel dazu veranlasst werden, mit einer Oberfläche des Werkstücks aus einer schrägen Richtung zu kollidieren, um den Mikroriss in einer Richtung entlang der Oberfläche des Werkstücks wachsen zu lassen.
Verfahren zum Behandeln von Oberflächen nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Veranlassens der Kollision umfasst, dass die Partikel wiederholt dazu veranlasst werden, mit dem Mikroriss zu kollidieren, um die wärmebeeinflusste Schicht allmählich zu entfernen, während der Mikroriss mit anderen Rissen verbunden ist.
Verfahren zum Behandeln von Oberflächen nach Anspruch 1, wobei der Bestrahlungsschritt das Erzeugen eines Pinholes auf einer Oberfläche der wärmebeeinflussten Schicht aufgrund eines im Werkstück enthaltenen Einschlusses umfasst, und der Schritt des Veranlassens der Kollision umfasst, dass die Partikel dazu veranlasst werden, mit dem Pinhole zu kollidieren, um die wärmebeeinflusste Schicht unter Verwendung des Pinholes als Ausgangspunkt zu entfernen.
Verfahren zum Behandeln von Oberflächen nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Veranlassens der Kollision umfasst, dass die Partikel dazu veranlasst werden, mit einer Oberfläche des Werkstücks aus einer schrägen Richtung zu kollidieren, um eine Oberflächenschicht der wärmebeeinflussten Schicht abzukratzen, während die Partikel im Inneren des Pinholes gefangen werden.
Verfahren zum Behandeln von Oberflächen nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Veranlassens der Kollision umfasst, dass die Partikel wiederholt dazu veranlasst werden, mit dem Pinhole zu kollidieren, um die wärmebeeinflusste Schicht allmählich zu entfernen.
Verfahren zum Behandeln von Oberflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schritt des Veranlassens der Kollision umfasst, dass die wärmebeeinflusste Schicht um eine Dicke von 1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger entfernt wird.
Verfahren zum Behandeln von Oberflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schritt des Veranlassens der Kollision umfasst, dass eine Oberflächenrauhigkeit Ra des Werkstücks auf einen Bereich von 1,5 µm oder weniger eingestellt wird.
Verfahren zum Behandeln von Oberflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schritt des Veranlassens der Kollision umfasst, dass eine Oberflächenrauhigkeit Ra des Werkstücks auf einen Bereich von 1,0 µm oder weniger eingestellt wird.