激光表面改性技术

激光表面改性技术——激光毛化技术讲解2014 项目申请表主要性能、特色、应用范围及市场远景：一、主要性能、特色激光毛化技术（ Laser Texturing 或 Laser Surface Texturing，LT 、LST）是将经过特别调制的高能量密度脉冲激光束聚焦后照耀到资料表面，资料汲取激光能量后温度高升，并产生融化、气化形成光致等离子体等阶段。

使资料在表面一个细小地区内融化，形成熔池。

在表面张力或协助气体的作用下，熔池会发生变形。

当光束停止照耀时，因为迅速的热传导，熔池会很快凝结，这样就会形成一个边沿微凸的毛化坑，假如需要还能够将必定成分的协助气体吹向熔池，以获得特定容貌的毛化坑。

经过控制激光束和资料的相对运动，就能够在资料表面形成一系列平均散布的毛化坑。

资料表面的激光毛化过程中的组织变化，相当于是一次迅速激光淬火，即相变硬化过程，能够提升被加工资料（如轧辊等）的表面硬度及耐磨性，进而提升其使用寿命。

与传统的喷丸毛化办理及电火花毛化办理技术对比，激光毛化技术拥有以下特色：1.可控性高，经过控制激光毛化过程及协助气体量的大小，在资料表面能够获得随意的毛化容貌及粗拙度；2.环境友善，毛化过程中，不产生任何对环境有害的物质；3.毛化表面的性能可控，可经过改变激光毛化的气体气氛或经过在需毛化的资料表面预铺设相应的资料，在毛化过程中，调控毛化层组织，实现毛化层所需的性能要求；4.工艺流程简洁，激光毛化对资料表面要求较低，无需预办理；5.加工速度快，性价比高；6.加工资料不受限制，激光毛化技术是利用激光热效应的原理，可在随意金属及非金属表面实现毛化办理；7.战胜毛化过程中出现的划痕、边浪。

二、应用范围及市场远景在工业生产微细化、精细化、智能化、自动化的迅速发展的今日，波及了光学、摩擦学、生物医学、资料学、流体动力学等，拥有高可控性、高效率、高性能、高性价比、高附带值和环境友善特征的激光毛化技术，合用于随意资料的表面毛化办理领域，如钢铁轧板及轧辊的表面毛化，拥有极好的市场及发展远景。

激光表面改性技术1. 激光束的产生及原理；2. 激光束的特点；3. 激光束表面处理的特点；4.反应过程5. 应用（常见的激光表面处理工艺）。

激光表面改性技术，是应用光学透镜将激光束聚集带很高的功率密度与很高的温度，照射各种材料表面，借助于材料的自身传导冷却，实现材料表面改性的方法。

通过激光表面改性，可大幅度提高材料或零件部件的性能和寿命，获得极大的社会效益和经济效益，其应用前景十分广阔。

一、激光束的产生某些具有亚稳态能级结构的物质（如氦、氖、二氧化碳）受外界能量激发时，使其处于亚稳态能级的原子数目大于处于低能级的原子数目，具有这种特性的物质称为激活介质。

将激活介质置于两个反射镜之间，其中一个反射率为100%的全反射镜，相对的一个是反射率为50%~90%的部分反射镜。

在光学谐振腔内，激活介质受到激发而产生光子辐射，使辐射不断加强。

遇有反射镜的存在，光子在两个反射镜间不断传播、反射，沿轴线方向不断连锁地进行下去，形成光震荡，最后由部分反射镜的输出端发射出来的频率、相位、传播和振动方向完全相同的光子成为激光束。

二、激光束的特点自从1960年世界上第一台红宝石激光器问世以来，激光技术已得到了很大的发展，并在国民经济各个领域得到广泛的应用。

与其他光源相比，激光束具有许多突出的特点。

（1）高功率密度（高亮度）：与其他光源相比，激光光源发射激光束的功率密度较大，经过光学透镜聚集后，功率密度进一步增强，可达1014/cm2，焦斑中心温度可达几千度至几万度，比太阳的表面亮度高1010倍。

（2）方向性好：激光可认为是近似平行光束，因为激光束的发散角小到0.1mrad，是其他光源无法达到的。

因此，激光在传输过程中的能量损失很小，可利用光学透镜把高功率密度的激束光导向设定的零件部件部位。

（3）高单色性：激光源发出的激光是具有相同的位相与波长，光谱线宽可调节到10-7Ao，比其他单色性最好光源的谱线宽度小几个数量级。

三、激光束表面处理的特点与其他表面处理技术相比，激光表面处理具有如下特点：1.激光束处理表面后材料表面的化学均匀性很高，晶粒细小，因而表面硬度高，耐磨性好。

工程材料的激光加工与表面改性技术研究激光加工与表面改性技术是目前材料科学领域的研究热点之一。

它可以通过激光辐射对工程材料进行精细的加工和表面改性，以提高材料的性能和功能。

本文将从激光加工与表面改性的基本原理，主要技术和应用案例等方面对相关研究进行介绍。

一、激光加工与表面改性的基本原理激光加工是利用激光束的热效应对材料进行加工的一种方法。

通过选择适当的激光波长和功率，可以实现对材料的切割、钻孔、焊接和打标等加工操作。

激光在加工过程中的作用主要包括热效应、化学反应和光化学反应。

在激光加工中，激光束被材料吸收后会转化为热能，导致材料温度升高。

通过控制激光辐射的时间和功率等参数，可以控制材料的温度升高速度和温度分布，从而实现对材料的精确加工。

除了热效应外，激光加工还可以引起材料的化学反应和光化学反应。

通过选择合适的激光波长和功率，可以激发材料内部的电子和分子，使其发生化学反应和光化学反应，从而改变材料的物理和化学性质。

二、激光加工与表面改性的主要技术在工程材料的激光加工与表面改性技术中，常用的主要技术包括激光切割、激光钻孔、激光焊接、激光打标和激光表面改性等。

1. 激光切割：激光切割是利用激光束的高能量密度和焦点能量集中的特点，对材料进行切割的一种高精度加工方法。

它可以实现对各种材料的切割，包括金属材料、非金属材料和复合材料等。

2. 激光钻孔：激光钻孔是利用激光束的高能量密度和高温作用，对材料进行钻孔的一种加工方法。

激光钻孔可以实现对各种材料的钻孔，包括金属材料、陶瓷材料和玻璃材料等。

3. 激光焊接：激光焊接是利用激光束的高能量密度和焦点能量集中的特点，对材料进行焊接的一种高精度加工方法。

它可以实现对金属材料的焊接，包括不锈钢、铝合金和钛合金等。

4. 激光打标：激光打标是利用激光束的高能量密度和焦点能量集中的特点，对材料进行打标的一种高精度加工方法。

它可以实现对各种材料的打标，包括金属材料、塑料材料和陶瓷材料等。

1激光表面改性技术发展历程激光的发明及应用是20世纪对人类文明及社会进步影响最深远的重大科技成果之一，激光技术在材料科学及制造科学中的应用，大大促进了材料科学与工程及先进制造技术的发展激光表面改性是运用高能激光束对工件表面进行改变性能的技术，具有许多独有的特点。

从20世纪60年代激光问世以来，激光技术作为一门崭新的高新技术，几乎在各行各业都获得了重要的应用。

20世纪70年代中期大功率激光器的出现，使激光绿色再制造技术不仅在研究和开发方面得到迅速发展，在工业应用方面也取得了长足进步。

经过30年的迅猛发展，激光绿色再制造技术已在汽车、冶金、纺织等行业得到成功的应用，获得了良好的社会效益和经济效益。

激光技术在我国经过30多年的发展，取得了上千项科技成果，许多已用于生产实践，激光加工设备产量平均每年以20％的速度增长，为传统产业的技术改造、提高产品质量解决了许多问题，如激光毛化纤技术正在宝钢、本钢等大型钢厂推广，将改变我国汽车覆盖件的钢板完全依赖进口的状态，激光标记机与激光焊接机的质量、功能、价格符合国内目前市场的需求，市场占有率达90％以上。

激光具有四大特性:高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。

激光的能最密度高（可达104-108 M/cm2)，作用于工件表面时形成局部高温，基体的加热速度和冷却速度极快，般可达104-108 ℃/S。

与传统的热加工技术相比，激光加工对基体的热影响区小得多，因此工件一般不产生热变形或变形量极小。

此外，由于激光加工是光子与材料相互接触，故而对环境的污染小，是名副其实的绿色加工技术。

进行激光表面改性处理的目的是为了制取与基体性能有较大差异的改性层，它包括激光淬火、激光表面合金化、激光熔覆等技术。

激光淬火是运用高能激光束对工件以定速度进行扫描，使工件在激光照射下瞬间达到相变点以上高温，然后以极高的速度冷却，达到表面淬火的效果。

激光表面合金化是添加某一种或几种合金元素在基体表面，在激光束的照射下形成熔池，并与基体材料发生冶金反应，获得含基体元素和添加元素的合余改性层。

激光照射对纳米材料增强的研究随着纳米科技的发展，纳米材料的制备和应用逐渐成为研究的热点。

纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质，广泛应用于生物医学、电子学、光电子学、催化等领域。

然而，随着纳米材料的尺寸越来越小，表面积也相应增大，表面缺陷、晶界和杂质等问题也随之增多，导致材料在性能上存在一定的局限性。

因此，如何改善纳米材料性能，是当前纳米材料研究的重点和难点之一。

近年来，研究人员发现，激光照射是一种有效的方法，可以对纳米材料进行表面修饰和结构调控，从而实现对性能的增强。

这种方法被称为“激光表面改性技术”，是将激光束聚焦在材料表面，通过光热效应产生的微观结构拓扑和化学反应改变材料的表面形态和结构。

激光照射的优势在于其在光束的瞬间能量密度较大，反应过程快速，能够较好地控制材料表面形态和结构，实现精细的加工。

此外，由于激光的高单色性、高近似平行性和高亮度等特点，可以将激光束聚焦到亚微米甚至纳米尺度，实现微观加工。

这些特点使得激光表面改性技术在纳米材料研究中受到了广泛的关注。

一、激光表面改性技术的原理激光表面改性技术是通过控制激光束的能量密度和时间，将激光束聚焦在材料表面上，产生微观结构拓扑和化学反应，从而改变材料的表面形态和结构，实现性能的增强。

根据激光的能量密度和时间，可以分为直接激光加工和间接激光加工两种方式。

直接激光加工是将激光束聚焦在材料表面上，直接烧蚀、蒸发或者烧结材料的表面，形成微观结构。

这种方式下，材料表面因为持续的灼热和热应力，形成了微观结构拓扑和化学反应，从而改变了材料的表面形态和结构。

间接激光加工是将激光束射入材料表面下层，产生的对材料表面的压力波和热波，通过调控激光的能量密度和时间，可以实现材料表面的微观结构拓扑和化学反应。

相比于直接激光加工，间接激光加工的优势在于能够更好地控制材料的加工深度和表面形态。

二、激光表面改性技术在纳米材料研究中的应用1. 纳米金属材料的增强针对纳米金属材料强化问题，研究人员通过激光照射的方法进行了表面处理，通过形成多孔结构，提高金属材料的比表面积和热稳定性，从而实现对纳米金属材料性能的增强。

激光表面改性技术应用讲解激光表面改性技术是指利用激光器对材料表面进行加热、熔化、蒸发和物理化学反应等处理，以改善、增强材料表面性能的一种技术。

激光表面改性技术具有操作灵活、加工精度高、处理速度快等特点，被广泛应用于许多领域。

以下是激光表面改性技术的具体应用介绍。

材料表面改性激光表面改性技术可以对材料表面进行改性处理，以改善、增强其表面性能。

例如，利用激光对金属表面进行处理，可以使其表面硬度增强、耐腐蚀性能提高、摩擦系数降低等。

同时，激光加工可以实现在表面形成微纳米结构，从而提高材料的抗腐蚀性能。

自洁性和防污性自洁性和防污性是指材料表面具有自行清洁或难以粘附污物的性能。

通过激光表面改性技术，可以在材料表面形成微纳米结构，从而提高材料的自洁性和防污性能。

材料表面形成结构后，可以使污物减少粘附，从而避免表面污染和降低清洁难度。

此外，激光网络图形处理还可通过改变材料的表面能和柔性，表现出超级物相的效果。

次表面磨损次表面磨损是指当物体表面磨损后，其下的材料在表面下面形成磨损层的现象。

通过激光表面改性技术，可以在材料表面形成高硬度、高密度的合金层，从而提高材料的耐磨性能。

激光熔丝合金化仪可通过硬化层的性能调制来实现在常温下的增强性能。

表面耐腐蚀利用激光加工技术，对材料表面进行改性处理，可以提高其耐腐蚀性能。

例如，通过激光加工技术，在金属表面形成多孔结构，在多孔结构中填充抗腐涂层，可以实现材料表面抗腐蚀性能和长期防腐效果，并且减少了耗材的浪费。

表面改性与生物医药领域激光表面改性技术在生物医药领域中也有着广泛的应用。

例如，通过激光加工技术，在人工心脏支架或骨支架表面形成微孔结构，可以促进生物组织生长和血管新生，从而促进人工心脏或骨支架与生物组织的生物融合。

同样，激光技术也可应用于在医疗器械的表面形成高耐磨的表面层，实现长期耐用。

总结激光表面改性技术是一种功能强大的技术，在生产过程中能够实现高加工精度、高处理速度和高稳定性。

激光表面改性技术研究随着现代科技的不断发展，激光技术在工业、医疗、军事等各个领域得到了广泛应用。

激光表面改性技术是其中的一种新兴技术，它可以通过激光对材料的表面进行加工和改性，从而提高材料的性能和特性。

本文将对激光表面改性技术的研究现状、应用及其未来发展进行探讨。

一、激光表面改性技术的原理激光表面改性技术是利用激光在材料表面产生的热效应、化学反应和物理效应对材料表面进行加工和改性的一种高新技术。

1.热效应激光束的高能量密度可以使材料表面迅速升温并融化或气化，从而实现表面修剪和改性。

在此基础上，可以产生许多有用的效应，例如表面电子激发、氧化反应、合金化反应等。

2.物理效应激光照射材料表面时，由于高能激光束的准直性和强度的原因，可以产生一系列的物理效应，如爆轰、蒸汽爆破、等离子体、激光冲击波等，这些效应可以有效地改变材料表面的形貌和组织结构。

3.化学效应激光束在材料表面照射时，还可以通过光化学反应、光解反应、化学吸附等途径，改变材料表面的化学组成和性质，从而改善材料的结构和性能。

二、激光表面改性技术的应用激光表面改性技术在工业和科研领域中应用广泛。

以下是几个典型的应用案例。

1.金属表面改性激光照射金属表面可以使其表面硬度、耐磨性、腐蚀抗性得到大幅度提高，从而改善机械性能和延长使用寿命。

同时，激光照射还可以在金属表面产生微观结构和扭曲形状，从而改变其光学、电子、磁性等特性，扩展其用途。

2.聚合物表面改性激光照射聚合物表面可以使聚合物表面变为亲水性，同时也产生微结构，改善了聚合物表面的摩擦性、润湿性以及生物相容性，被广泛用于生物医疗、纳米光电等领域。

3.半导体表面改性激光照射半导体表面可以在其表面产生微观结构或者缺陷，从而改变半导体的电子性质和光学特性。

这个技术被广泛应用于半导体器件制造过程中，提高器件性能和可靠性。

三、激光表面改性技术的未来发展目前，激光表面改性技术还处于发展的初期阶段。

未来发展趋势以以下几个方面为主。

2014项目申请表主要性能、特点、应用范围及市场前景：一、主要性能、特点激光毛化技术（Laser Texturing或Laser Surface Texturing，LT、LST）是将经过特殊调制的高能量密度脉冲激光束聚焦后照射到材料表面，材料吸收激光能量后温度升高，并产生熔化、气化形成光致等离子体等阶段。

使材料在表面一个微小区域内熔化，形成熔池。

在表面张力或辅助气体的作用下，熔池会发生变形。

当光束停止照射时，由于快速的热传导，熔池会很快凝固，这样就会形成一个边缘微凸的毛化坑，如果需要还可以将一定成分的辅助气体吹向熔池，以得到特定形貌的毛化坑。

通过控制激光束和材料的相对运动，就可以在材料表面形成一系列均匀分布的毛化坑。

材料表面的激光毛化过程中的组织变化，相当于是一次快速激光淬火，即相变硬化过程，可以提高被加工材料（如轧辊等）的表面硬度及耐磨性，从而提高其使用寿命。

与传统的喷丸毛化处理及电火花毛化处理技术相比，激光毛化技术具有如下特点：1.可控性高，通过控制激光毛化过程及辅助气体量的大小，在材料表面可以得到任意的毛化形貌及粗糙度；2.环境友好，毛化过程中，不产生任何对环境有害的物质；3.毛化表面的性能可控，可通过改变激光毛化的气体氛围或通过在需毛化的材料表面预铺设相应的材料，在毛化过程中，调控毛化层组织，实现毛化层所需的性能要求；4.工艺流程简约，激光毛化对材料表面要求较低，无需预处理；5.加工速度快，性价比高；6.加工材料不受限制，激光毛化技术是利用激光热效应的原理，可在任意金属及非金属表面实现毛化处理；7.克服毛化过程中出现的划痕、边浪。

二、应用范围及市场前景在工业生产微细化、精密化、智能化、自动化的快速发展的今天，涉及了光学、摩擦学、生物医学、材料学、流体动力学等，具有高可控性、高效率、高性能、高性价比、高附加值和环境友好特性的激光毛化技术，适用于任意材料的表面毛化处理领域，如钢铁轧板及轧辊的表面毛化，具有极好的市场及发展前景。

激光表面改性技术及其应用综述德耀（理工大学材料学院，100081）摘要：激光表面改性技术是一种独特而有效的表面处理技术，在工业生产中应用广泛。

本文简单介绍了激光表面改性的特点，特别是激光表面淬火、激光表面溶凝、激光合金化和激光熔覆技术的特点和应用，最后指出了激光表面改性技术存在的问题和发展前景。

关键词：激光表面改性技术；激光表面淬火；激光表面溶凝；激光合金化；激光熔覆技；应用Technology of Laser Surfacing Modificationand It’s Application are ReviewLi Deyao(Department of Materials, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081)Abstract: Laser surface modification is a special and effective way of material surface treatment, which is widespread use in industrial production. This paper gives a pendium of the research and the development situation of laser surface modification, in particular, it focuses on several aspects of the following: laser surface hardening, laser fusing together, laser surface alloying and laser cladding, and its recent development status are also discussed. At last, the paper describes the existing problems and development prospect of laser surface modification.Keywords:laser surface modification; laser cladding; laser fusing together; laser surface alloying; laser cladding; application1 引言材料表面处理的方法有很多，应用激光对材料表面实施处理则是一门新兴的技术。

热加工中的激光表面改性技术激光表面改性技术在热加工中的应用随着科技的不断发展，激光技术作为一种先进的加工技术，已经被广泛的应用在各个领域。

在热加工过程中，激光表面改性技术的出现，突破了传统工艺的限制，使得加工效果更加精确、快速和高效。

本文从激光表面改性技术的原理、工艺流程和应用领域等方面对该技术进行了深入的探讨，以期为读者提供更为全面的了解和认识。

一、技术原理激光表面改性技术可以改变物体的表面性质，使其具备新的特性。

通过激光的高温效应，使工件表面部分区域受到熔化或蒸发，而且由于激光束具备聚焦作用，从而产生高温梯度，使得表面被改性材料的热影响区产生新的结构和组织。

这样，就可以实现对材料的表面加工和改性，从而使材料具有更高的性能和可靠性。

二、工艺流程激光表面改性技术的工艺流程一般可以分为三个步骤：预处理、激光加工和后处理。

在预处理阶段中，需要对待加工的工件进行清洗、去除氧化层等处理；在激光加工阶段中，通过激光束对物体进行熔化、氧化、退火等改性处理；在后处理阶段中，需要对加工好的工件进行抛光、清洁和干燥等处理，以达到更好的表面质量。

三、应用领域激光表面改性技术可以应用在各个领域中，如航空、航天、汽车、电子等行业。

在航空领域中，通过激光表面改性技术，可以降低飞行器前部的雷达反射率，从而提高其隐身性能；在航天领域中，可以通过激光表面改性技术对航天器表面进行涂层处理，从而保护器件免受高能辐射和抗热性能的影响；在汽车领域中，可以通过激光表面改性技术对车身表面进行改性处理，从而更好地保护并提高车辆的安全性和使用寿命；在电子领域中，可以通过激光表面改性技术对半导体和电子器件表面进行加工处理，从而提高器件的性能和稳定性。

四、技术发展趋势激光表面改性技术近年来已经得到了广泛的应用和推广，随着技术的不断发展和完善，该技术的应用前景将更加广阔。

未来，激光表面改性技术的主要发展方向将包括以下几个方面：1、激光加工的精度和速度将更高：随着激光技术的不断发展，加工专用激光器的不断涌现，激光加工的加工精度和加工速度将会有更高得到提升。