Development of twin-Color LMD with Blue and IR diode lasers

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レーザクラッディングは、基板表面に溶融池を形成し、そこに金属粉末を供給しながら、溶融凝固させて堆積する手法である。基板形状に制約が少ないため、肉盛溶接だけでなく、金型補修や積層造形など幅広く応用展開が進められている。熱源となるレーザには、波長が1.0μmの高出力レーザが用いられ、単一波長のレーザを用いて材料表面に過剰な溶融池を形成し、そこに材料粉末を供給して皮膜を形成する。そのため、熱影響が大きくなって熱ひずみや母材成分が皮膜に溶け込んだ希釈層が生じてしまい高品質な皮膜形成は難しかった。本研究では、青半導体レーザと近赤外半導体レーザの波長の異なるレーザを組み合わせた２波長複合レーザクラッディング法を開発することが目的とした。今年度は、皮膜材料ならびに基板に用いる純銅、アルミニウムなどの金属材料の光学特性を実測できる光学系を構築し、高温時の光学特性を実測した。試料には、直径9.5mm、表面粗さRa<5nm、純度99.5%の銅板、純度99.5%のアルミニウム基板を用いた。加熱プロセスには、1500℃まで加熱可能な真空ヒータを用い、800 ℃ま試料を加熱した。光源には、波長450 nmと980nm、出力1.5mWの半導体レーザを用いた。サンプル反射前後のPDの出力比率を計測し、各ミラーにおける出力減衰は、アルミミラーに対する銅の相対反射率で補正を行った。加熱過程では酸化を防ぐため真空ポンプを用いて10 Paまで減圧後、Arガスを大気圧まで充填し、Arガスをサンプルにフローしながら測定を行った。その結果、アルミニウムでは、融点の500℃まで加熱しても波長450nm、980nmの反射率の変動性は0.1%以下と大きな変化は見られなかったが、純銅では、融点の1000℃まで加熱すると波長450nmでは反射率が1%増加したのに対し、波長980nmでは2.5%減少することがわかった。