מָבוֹא
היישום הנרחב של ריתוך לייזר לסגסוגות אלומיניום בייצור תעשייתי הניב יתרונות משמעותיים לפיתוח בר קיימא ולקידמה חברתית-כלכלית, שכן הוא משפר בו זמנית את חוזק הריתוך ומפחית את צריכת האנרגיה. למרות התחזית המבטיחה עבור סגסוגות אלו, המחקר הנוכחי המתייחס ספציפית להפחתת צריכת האנרגיה במהלך תהליכי ריתוך הלייזר שלהם נותר מוגבל. מחקר זה משיג את המטרות הכפולות של שיפור חוזק המפרק והפחתת צריכת האנרגיה על ידי שילוב כמויות עקבות של ננו-צינורות פחמן בסגסוגת אלומיניום 2A12. המחקר מגדיר "יעילות ריתוך", קובע מודל צריכת אנרגיה לריתוך לייזר של סגסוגות אלומיניום, ועורך ניתוח השוואתי בין תהליך ריתוך הלייזר עם תוספת ננו-צינורית פחמן לבין תהליך ריתוך הלייזר הסטנדרטי. התוצאות מראות שתוספת של ננו-צינוריות פחמן קורט מובילה להפחתת צריכת אנרגיה של למעלה מ-33% ולעלייה בחוזק המפרק של 101 MPa. יתרה מכך, בהשוואה לתהליכי ריתוך לייזר אחרים עבור סגסוגות אלומיניום המדווחות בספרות הקיימת, טכניקה זו מציגה יתרונות משמעותיים לחיסכון באנרגיה.- שיפורי הביצועים הללו מיוחסים לעובדה שננו-צינורות הפחמן מגדילים את קצב ספיגת הלייזר של סגסוגת האלומיניום, בעוד שהננו-צינורות שנותרו בתוך המפרק פועלים כמדיום מחזק. מחקר זה מציע תובנות ומתודולוגיות חדשות להשגת ריתוך-פחמן נמוך ואיכותי{13}של סגסוגות אלומיניום.
מחקר זה שיפר משמעותית את היעילות האנרגטית של ריתוך לייזר מסגסוגת אלומיניום והפחית את צריכת אנרגיית הריתוך באמצעות הוספת כמויות עקבות של ננו-צינוריות פחמן. ראשית, נערך ניתוח השוואתי בין תהליך ריתוך הלייזר הסטנדרטי לבין תהליך ריתוך הלייזר המשלב ננו-צינוריות פחמן, בהתבסס על מודלים מבוססים של צריכת אנרגיה ויעילות ריתוך. שנית, תהליך LC-3 הובחן מול נתוני צריכת אנרגיית לייזר שדווחו בספרות הרלוונטית. במקביל, מאפיינים מכניים-מדד קריטי לאיכות הריתוך-שולבו במסגרת ההערכה של כל מפרק. בסופו של דבר, הובהר המתאם המהותי בין יכולות החיסכון באנרגיה של תהליך LC-3 לבין הביצועים המשופרים של המפרקים המרותכים. הממצאים העיקריים מסוכמים באופן הבא:
בהשוואה לתהליך ריתוך הלייזר הסטנדרטי, תהליך ריתוך הלייזר המשלב כמויות עקבות של ננו-צינוריות פחמן (LC-3) הוכיח עלייה של 33% ביעילות הריתוך והשיג חיסכון באנרגיה של כ-33%. יתר על כן, תהליך LC-3 הציג יתרונות משמעותיים במונחים של הפחתת צריכת החומרים.
יחסית לתהליכים הקיימים, תהליך LC-3 השיג את יעילות הריתוך הגבוהה ביותר, והגיע ל-60 מ"מ²/שק"ו. עבור סגסוגות אלומיניום בעובי שווה, תהליך LC-3 הוכיח גם את צריכת אנרגיית הלייזר הנמוכה ביותר.
מאפייני -החיסכון באנרגיה ו-היעילות הגבוהה של תהליך LC-3 נובעים בעיקר מתכונות ספיגת האור הייחודיות של ננו-צינוריות הפחמן. על ידי מילוי תפר הריתוך, ננו-צינורות אלו שיפרו משמעותית את קצב הספיגה של אנרגיית הלייזר של סגסוגת האלומיניום, ובכך מזעור אובדן אנרגיית הלייזר בשלבים הראשונים של תהליך הריתוך.
