Trattamento Superficiale mediante Laser di Acciai Inossidabili

La riuscita delle lavorazioni tramite sorgenti laser è strettamente connessa all’interazione tra le radiazioni elettromagnetiche generate dalla sorgente e il materiale da lavorare. Idealmente il meccanismo di assorbimento dell’energia e di rifrazione dei fotoni presuppone che la superficie del pezzo da lavorare sia perfettamente liscia e pura, ossia non presenti irregolarità micro geometriche e impurità microstrutturali nell’area interessata.
Parlando quindi a livello teorico, si cercherà di spiegare brevemente il fenomeno di interazione tra laser e materia, che ha come conseguenza l’aumento della temperatura locale.
Abbiamo già descritto la struttura fisica del fascio laser, composto da fotoni che viaggiano come onde elettromagnetiche, e quindi con andamento sinusoidale, e sappiamo per certo che la lavorazione laser interessa per lo più materiali metallici.
Il materiale metallico ha una caratteristica chimica fondamentale, che ne determina il comportamento durante la lavorazione. Infatti la struttura atomica di un metallo comporta la presenza di elettroni in due principali forme: una “prigioniera” della struttura atomica, composta da nucleo e orbitali, l’altra libera di muoversi tra gli atomi che compongono la struttura cristallina del materiale metallico. Questo fa sì che ci sia una sorta di corrente elettrica che attraversa il materiale e che aumenta di intensità durante la lavorazione laser, generando il cosiddetto “effetto joule” di riscaldamento da passaggio di corrente. Infatti il bombardamento fotonico del fascio di radiazioni causa una movimentazione sia degli elettroni atomici, che vibrano con una ampiezza dipendente dal tipo di materiale bombardato e dalla lunghezza d’onda delle radiazioni, ma che comunque rimane piccola, sia una consistente vibrazione degli elettroni liberi, che, colpiti dai fotoni, si agitano urtando la struttura circostante. Questo movimento è dovuto alla cessione di energia da parte dei fotoni, e l’aumento degli urti si tramuta in una maggiore quantità di energia assorbita che si trasforma in calore ceduto, causando così l’aumento della temperatura. Grazie a questo fenomeno è possibile effettuare tutte le lavorazioni laser precedentemente dette in maniera localizzata. [...]