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论激光表面处理技术的应用
李凤春周德利 （哈尔滨建成集团有限公司 黑龙江 哈尔滨 Ｉ５００３０）
［摘要］激光技术在制造业、医疗仪器、军事、信息等多个领域都具有重要的应用价值，在激光加工技术和工艺设备中，激光加工是 重要的工艺。在这一工艺中，尤为突出的是激光表面处理。随着激光处理技术的发展，激光制造技术在制造领域内必将取代传统的机械制造技 术，使生产微精密元件成为可能。激光处理技术的发展推动了国民经济和工业的发展，文章介绍了激光的表面处理技术重点的研究方向和应用范围。 【关键词］激光 表面处理 应用 发展 技术 中图分类号：ＴＧ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ００９－９１ ４ｘ（２０１ ０）０２－００６５－０１
一 镁合金激光表面处理技术的应用 目前，镁合金已经取代了许多锌、铁、钢等材料，在航空航 天、计算机、通讯等行业得到了广泛的应用。镁合金具有密度小、强 度高、导热性好的特点，使镁合金的发展势头强劲。虽然激光表面处 理技术已有十几年的发展历史，但是镁合金的耐磨性、耐腐蚀性较差， 这就制约了镁合金潜力的发挥。运用镁合金的激光表面处理技术主要 是激光熔凝、激光合金化及激光熔覆。ｔｌ Ｊ 镁合金的激光表面处理技术可以分几个方面： １、镁合金激光表面合金化及表面熔凝 激光表面合金化是在表面融化的同时注入一些粉末，使膜层或 表面在液态混合后发生快速的凝固从而提高基体性能。也可以通过融 化基体的表面预先涂覆膜层或部分基体，在进行合金处理时，镁基体 上用激光进行处理，在加入铜合金时，抗腐性将会大大改善。因此，在 镁基体加入铜是增强抗腐性的有效途径。 镁合金的激光熔凝是将金属表面局部区域在瞬时加热到高温并使 之溶化，利用高功率密度的激光在极短的时间内与金属交互作用，借 助于金属吸热和传热的过程使金属表层快速的凝固。通常在真空的状 态下，对镁合金进行激光熔凝处理，随后激光扫描的速度增加，熔凝 层的硬度和耐磨度也随之增加了。这种激光熔凝会使硬度高于常规淬 火的硬度，在不同的扫描速度下，激光熔凝层的耐蚀性较低。 ２、镁合金激光表面熔覆 激光熔覆技术利用高能密度的激光束将具有不同成分和性能的合 金与基体表面快速溶化，在生成的表层合金层把基体与腐蚀介质隔绝 开来。 通过激光的熔覆技术，使基体表面形成了不同成分的合金 层。近几年，镁合金激光表面处理技术在进行时不再需要严格的环境 条件，在腐蚀方面受到了国内外专家的极度重视。 ３、镁合金激光表面处理技术未来的发展方向 镁合金激光表面处理可以根据不同的硬度来设计合金层，引入 高硬度和高熔点的元素来进行表面熔凝，不断的提高硬度和强度 对 表面性能优异的强化层来说，激光表面处理技术基体与冶金结合，向 智能化和自动化发展。鉴于十几年来的刻苦研究，在提高镁合金的表 面性能和使用寿命上已经取得了大突破，为我国的国民经济发展积累 了能量 激光表面处理技术已经成为了一种高效高速的表面改性技术， 在未来的工程建设中必将发挥重要的作用。 ＝ 钢的激光表面处理技术的应用 １、钢表面进行激光硬化处理 钢是机械制造业中应用最广的材料，通常都采用表面淬火和碳 氮共渗的表面处理方法。以激光为热源，使工件材料表层内的温度极 具上升，通过高能量的激光束来扫描工件。材料在瞬间可以进行自冷 淬火，得到马氏体组织。由于热传导作用，表面热量能迅速的传到工 件的其他部位。激光的硬化处理是需要强、韧性的配合，解决耐磨性 差的弊端。 ２、钢在激光相变硬化后的处理 研究钢的相变硬化处理技术，对于扫描的间距条件和激光加工 参数的计算是关键问题。用扫描电镜来观察不同的间距，制成所需要 的试样。将激光相变硬化的试样清洗干净后，将导线焊接到试样上，只 需要保留激光相变硬化的处理部分。在试验中，使试样的断面在试验 中与砂纸接触，用电子秤量出试验前后的试样重量。 ３、钢表面的激光相变硬化的分析和宏观形貌 钢的表面进行激光处理后，激光相变硬化层之间的显微组织受 到后续扫描的影响，使扫描的间距对表面组织的影响越来越大。¨ 在 工艺参数等主观条件不变的情况下，经激光处理后，平均硬度值会随 着激光扫描间距的增大而增大，因而造成硬化处理过的试样表面硬度 有明显的变化。后续的扫描对前面的已加工区域就会产生回火的作用， 硬化层和基体之间的硬度值急剧下降。激光处理的高温可能使硫化物 和碳化物蒸发，从而减少了表面杂质的含量。激光处理使所得组织细 小均匀，耐腐蚀性强 三 铝合金的激光表面处理技术的应用 近几年来，铝合金的表面处理技术已经在研究发展中取得了显 著的成就，包括在激光熔覆、阳极氧化等方面的新型技术。 １、激光熔覆是一个复杂的工艺过程，通常采用激光束将金属的 粉末溶于基材表层。熔覆层通常与施加的合金粉末的化学成分相近， 是经过粉末溶化而基体微熔的状态，冷却后得到熔覆层的。［１４］铝合金 的激光熔覆表面可以提高基体的结合强度和表面硬度的，如果能量输 入的不足，会导致冶金结合层恶化，增多气孔等。 ２、铝合金的阳极氧化是采用酸性电解液，进行氧化时可以得到 氧化膜。阳极氧化的电压如果太高，那么在铝合金的表面发生火花会 破坏氧化膜的绝缘性。阳极氧化膜组织结构受电解液的影响，具有蜂 窝状结构。为提高铝合金表面氧化层的沉积速度，使得到的氧化膜均 匀致密，有较好的耐磨性、抗腐蚀性。阳极氧化不仅可以改进铝合金 的表面性能，还可以提高铝合金的装饰性。 四 激光表面处理技术在热处理和焊接方面的应用 激光表面处理技术近二十年发展起来的一种新的表面处理技术， 随着各种表面处理技术的日益成熟，激光表面处理技术的应用也显得 异常活跃。激光表面处理技术是将金属表面加热到仅低于熔点的临界 转变温度时，然后金属表面会迅速被强化，从而提高耐磨性和腐蚀性， 延长使用寿命。利用激光作用下的快速加热和随后的快速凝固特性， 可以获得不受常规条件下的溶度和符合限制规定的新的金属合金。 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面，虽然该技术的 热影响区域窄，在磁场内不会出现束偏移等特点，但是用激光焊 接出来的印刷电线可以减少热冲击，对电路并无影响。国外利用激 光器进行焊接和点焊，可焊接磁性材料、高熔点的异种金属等，已 经具有较高的水平。目前，我国在激光焊接方面的水平和经验还不 足，要不断地学习和引进国外的先进技术，实现电子行业的由点焊 向激光焊接的转变。 随着时代的进步和发展，激光表面处理技术在各个行业中都得到 了应用，尤其在建筑、交通、化工等方面的应用更为突出。激光表面 处理技术的推广和应用在一定程度上推动了金属表面处理技术的发展， 在未来会有更广阔的应用前景。因此，利用激光表面处理技术在金属 材料的表面合成非常规的成分合金工艺，可能会使金属材料的表面处 理技术和表层性能得到改善，这将是一种独特的有效途径 参考文献： ［１］高建军 １９９８年２３期． ［２］陈志君 年１２期． 周玉明《镁合金表面处理技术的应用》材料保护 张颖姚婷《激光熔覆技术》金属热处理学报．１ ９９９ ［３］石勇《激光相变硬化工艺的研究》材料保护．１ ９９６年２月． ［４］刘兆波董艳《铝合金的表面形成机理》中国有色金属报 ２０００年ｌ２月．
激光表面表面处理技术及进展
许彦明 指导老师：宋世涛
（河北科技师范学院 理化学院 化学0703班）
摘要：激光具有巨大的技术潜力，在冶金和材料加工中发展迅速，应用广泛。激光表面处理由于其对工业和生产作出了巨大贡献，已成为飞速成长的重要加工技术领域。本文较系统地介绍了国内外激光表面处理技术的研究与应用近况，指出了这项技术今后需解决的问题。
关键字：激光；表面处理；进展
0 前言
激光的出现时近代物理学的一个重大进展。第一台激光器于60年代初问世，对激光表面热处理工艺的研究早在激光器诞生后不久就已经开始，但直到60年代末、70年代初才在热处理生产中获得应用。
激光在金属热处理方面取得成功，标志此技术的应用进人了新灼阶段。随着大功率激光器的研制成功与不断完善，这一新工艺用于汽车转向器表面处理的生产线[1]。国内经过“六五”计划的联合攻关，已在汽缸套等零部件的表面热处理上获得成功，取得了一批科研成果。随之而发展的表面涂覆(cladding)，表面上釉(Glazing)及表面合金化(SurfaeeAlloing)等工艺[2]也取得了相当大的进展。与上述工艺相比较，激光表面热处理是当前比较成熟、应用比较广泛的工艺。
1 激光表面处理技术的特点[3]
1)通过选择激光波长调节激光功率等手段，能灵活地对复杂
形状工件或工件局部部位实施非接触性急热、急冷。该技术易控制处理范围，热影响区小，工件产生的残余应力及变形很小。
2)可在大气、真空及各种气氛中处理，制约条件少，且不造成
化学污染。
3)通常，激光表面处理的改性效果比普通处理方法更显著
4)激光束能量集中，密度大，速度快，效率高，成本低。
5)可缩短工艺流程，处理过程中工件可以运动，故特别适合组织自动化处理线。
6)激光束便于通过导光系统准确地输人与定位，亦能导向多个工作台，可大大提高激光的使用率和处理的效率。
7)激光表面处理尤其适用于大批量处理生产线，其成本比传统的表面热处理低。
激光表面表面处理技术及进展
摘要：激光具有巨大的技术潜力，在冶金和材料加工中发展迅速，应用广泛。激光表面处理由于其对工业和生产作出了巨大贡献，已成为飞速成长的重要加工技术领域。本文较系统地介绍了国内外激光表面处理技术的研究与应用近况，指出了这项技术今后需解决的问题。
关键字：激光；表面处理；进展
0 前言
激光的出现时近代物理学的一个重大进展。第一台激光器于60年代初问世，对激光表面热处理工艺的研究早在激光器诞生后不久就已经开始，但直到60年代末、70年代初才在热处理生产中获得应用。
激光在金属热处理方面取得成功，标志此技术的应用进人了新灼阶段。随着大功率激光器的研制成功与不断完善，这一新工艺用于汽车转向器表面处理的生产线[1]。国内经过“六五”计划的联合攻关，已在汽缸套等零部件的表面热处理上获得成功，取得了一批科研成果。随之而发展的表面涂覆(cladding)，表面上釉(Glazing)及表面合金化(SurfaeeAlloing)等工艺[2]也取得了相当大的进展。与上述工艺相比较，激光表面热处理是当前比较成熟、应用比较广泛的工艺。
1 激光表面处理技术的特点[3]
1)通过选择激光波长调节激光功率等手段，能灵活地对复杂
形状工件或工件局部部位实施非接触性急热、急冷。该技术易控制处理范围，热影响区小，工件产生的残余应力及变形很小。
2)可在大气、真空及各种气氛中处理，制约条件少，且不造成
化学污染。
3)通常，激光表面处理的改性效果比普通处理方法更显著
4)激光束能量集中，密度大，速度快，效率高，成本低。
5)可缩短工艺流程，处理过程中工件可以运动，故特别适合组织自动化处理线。
6)激光束便于通过导光系统准确地输人与定位，亦能导向多个工作台，可大大提高激光的使用率和处理的效率。
7)激光表面处理尤其适用于大批量处理生产线，其成本比传统的表面热处理低。
2 激光表面相变应化(LTH)
激光淬火表面处理
激光淬火是一种表面处理方法，利用高能量激光束对工件表面进行快速加热和快速冷却，以改善材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。通常是用于淬硬钢件等金属材料的表面处理。
激光淬火的过程可以分为三个阶段：预加热、激光加热和快速冷却。在预加热阶段，工件表面被加热至较高温度，以减少激光加热后的残余应力和避免裂纹的产生。在激光加热阶段，使用激光束快速加热工件表面，使其达到淬火温度。在快速冷却阶段，工件表面很快地冷却，以形成高硬度和高耐磨性的表面层。
激光淬火相对于传统热处理方法具有许多优点，如淬火效果好、加工速度快、变形小等。但是也存在一些问题，如加热后易产生裂纹、设备成本高等缺点。
总的来说，激光淬火是一种高效、精确、可靠的表面处理方法，对于提高材料表面的物理性能具有重要的应用价值。
