论激光表面处理技术的应用

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。ｌ ｔ 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
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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 Ｉ ０ ３ ５ ０ ０）
［ 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］ 光 表面处理 应用 发展 技术 激 中图分类号 ：Ｔ 文献标 识码 ：Ａ Ｇ 文章编号 ：１ ０ － １ ｘ ２ １ ） ２ ０ ６ － １ ９ ９ （ ０ ０ － ０ ５ ０ ０ ４ ０
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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。［ １ ４ ］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 周玉 明 《 镁合金 表 面处理技术 的应用 》材 料保护 １ ９ 年 ２ 期． ９８ ３ ［］ ２ 陈志君 张颖 姚婷 《 光熔覆技术 》金属热处理学报． ９ 激 １ ９ ９ 年１ ２期． ［］ 勇 《 ３石 激光相变硬 化工艺的研究》材料 保护． ９ １ ６年 ２月． ９ ［ ］ 兆波 董艳 《 ４ 刘 铝合 金的表 面形成 机理 》中国有色金 属报 ２０ ０ ０年 ｌ ２月．