激光表面改性技术应用(精)
激光表面改性技术
BEIHANG UNIVERSITY
优点
（1）发生成分、组织和性能变化的熔化区及热影响区都很小。 （2）合金元素完全溶解于表层内，获得的改性层成分很均匀。 （3）激光表面合金化与激光熔覆有许多相似之处，但激光熔覆后， 体成分基本上不进入涂层中，而激光表面合金化形成的表面层 是合金涂层与基体共同形成的混合层。
BEIHANG UNIVERSITY
激光表面改性技术
北京航空航天大学材料科学与工程学院
BEIHANG UNIVERSITY
激光的概念及其特性
激光是一种相位一致，波长一定，方向性极强的电磁波．激光束由一 系列反射镜和透镜来控制，可以聚焦成直径很小的光(直径只有0．1 mm)， 从而可以获得极高的功率密度(104-109w/cm2)。激光与金属之间的互相作用 按激光强度和辐射时间分为几个阶段：吸收光束、能量传递、金属组织的 改变和激光作用的冷却等。它对材料表面可产生加热、熔化和冲击作用。 随着大功率激光器出现，以及激光束调制、瞄准等技术的发展．激光技术 进入金属材料表面热处理和表面合金化技术领域，并在近几年得到迅速发 展。
BEIHANG UNIVERSITY
激光冲击硬化
利用高能密度激光束照射金属材料表面，由于金属升华气化而急速 膨胀，产生的高于材料的动态屈服强度的高压应力波，从而提高了金 属材料的物理机械性能。
材料表面改性技术的研发与应用
材料表面改性技术的研发与应用
随着科技的不断进步和人们对材料性能要求的不断提高，材料表面改性技术在
许多领域都得到了广泛的应用。材料表面改性技术通过对材料表面进行物理或化学处理，可以改变材料的表面性质，从而提高其性能和适应性。
一、电化学表面改性技术
电化学表面改性技术是通过在外加电场或电流的作用下，使材料表面发生氧化、还原、合金化等反应，从而改变材料表面的结构和性质。这种技术可以用于改善材料的耐腐蚀性、附着性和界面性能等方面。比如，利用阳极氧化技术可以在金属表面形成一层厚度均匀、致密、硬度较大的氧化层，从而提高材料的耐磨损性和硬度；利用镍电镀技术可以在材料表面形成一层具有良好耐腐蚀性的镍合金层，增强材料的抗氧化性能。
二、激光表面改性技术
激光表面改性技术是利用激光束的热、化学、物理效应对材料表面进行改性的
一种方法。通过控制激光的能量和作用时间，可以实现材料表面的熔化、烧蚀、热处理、表面粗糙度控制等操作，从而获得所需的表面性能。例如，利用激光的高能量密度和短作用时间，可以在材料表面形成高温、高压的条件，实现材料的表面熔化和淬火处理，提高材料的硬度和耐磨性。
三、化学表面改性技术
化学表面改性技术是通过利用化学反应改变材料表面的组成和性质。常见的化
学表面改性技术包括溅射沉积、溶胶凝胶法、浸渍法等。这些技术通常通过将具有所需特性的溶剂、溶液或固体颗粒浸渍到材料表面，然后通过干燥、热处理等方法，使溶剂或溶液中的成分与材料表面发生化学反应，在表面形成一层改性层。例如，利用溅射沉积技术可以在材料表面形成一层致密、均匀的薄膜，从而改善材料的磨损性和化学稳定性。
(完整版)激光表面改性技术
3.激光表面改性技术的分类
激光熔覆、激光淬火、激光表 面熔凝、激光表面冲击强化、 激光表面合金化
（1）激光熔覆（亦称为激光包覆，或者激光 熔敷）
a 原理：通过在基体材料（基材）表面添加一层熔覆材 料，再利用高能密度的激光束对其表面辐射加热， 使基材表面薄层和熔覆材料发生熔化，由于材料自 身热传导作用，被辐射后的材料表面迅速冷却温度 降低，并快速凝固形成一层与其为冶金结合的填料 熔覆层。
② 可以用来研制新材料和代用材料，制造出在性能 上与传统冶金方法根本不同的表面合金，应用在 太空、高温和化学腐蚀环境条件下的机械零件上。
③ 为了得到综合效果更好的表面层，复合表面改性 技术将是激光表面改性的一个重要方向。
④ 随着激光器、机器人和自动控制技术的发展，激 光表面改性将向着大功率，自动化、智能化方向 迈进。
激光表面改性技术
2011光信息科学与技术 指导老师：鲁晶 学生：肖冯俊树
1.什么是激光表面改性技术？ 2.激光表面改性技术有哪些用途？ 3.激光表面改性的分类（简单介绍5种，
激光熔覆、激光淬火、激光表面熔凝、 激光表面强化、激光表面合金化）、 特点及其各自的应用。
4.激光表面改性的前景和存在问题。
效率加工。 ③ 激光表面处理技术改性机理还不完善，温度场的测定还
激光表面强化技术及其应用
激光表面强化技术及其应用
激光表面强化技术是一项全新的技术，可以实现金属的表面改性，改善材料的表面性能，提高材料的耐磨性、腐蚀性和破坏性，延长外壳的使用寿命。通常情况下，激光表面强化技术可以满足金属表面的改性需求，并且可以快速、灵活地制备。
激光表面强化技术可以应用于很多领域，如汽车配件表面加工、矿山机械表面加工、制冷管材表面加工和其他机械设备表面加工等。在汽车配件表面加工中，激光表面强化技术可以提高碳素钢的耐磨性，改善碳素钢的表面性能，以及改善碳素钢表面的粗糙度。而在矿山机械表面加工中，激光表面强化技术可以提高不锈质件的耐磨性，提升不锈钢件的表面质量，从而延长机械设备的使用寿命。在制冷管材表面加工中，激光表面强化技术可以增加管材表面硬度，提高管材的耐腐蚀性和耐磨性，以及降低热膨胀系数，从而改善管材的使用性能。此外，激光表面强化技术还可以应用于其他机械设备表面加工，如各种非金属件的表面加工，可以显著改善非金属件的表面性能。
激光表面强化技术的应用非常广泛，不仅可以改善金属和非金属表面的性能，还可以应用于多种机械设备的表面加工，提高机械设备的使用性能和使用寿命。激光表面强化技术是未来金属表面加工技术进步的重要利器。
激光熔覆技术的原理和应用
激光熔覆技术的原理和应用
激光熔覆技术是一种将一层或多层材料熔化并覆盖在基底材料表面的
表面改性技术。其原理是利用高能量激光束的热效应使材料熔化，并在凝
固过程中形成一层新的材料。激光熔覆技术广泛应用于工业领域，如航空
航天、汽车、冶金和电子等领域，以提高材料的性能和延长其使用寿命。
激光熔覆技术的原理是利用激光束的高能量浓度使材料迅速升温并熔化，然后形成一层新的材料。其主要步骤包括熔化、溶解和凝固三个阶段。首先，激光束的高能量聚焦在材料表面，使其迅速升温并熔化。接下来，
激光束的移动速度决定了材料的溶解程度和覆盖层的厚度。最后，在激光
束的作用下，熔化的材料迅速凝固形成一层新的材料。
首先，它可以将多种材料熔融在一起，形成覆盖层。这样可以在基底
材料上形成一种新的材料，提高基底材料的性能。例如，可以将陶瓷和金
属熔融在一起，形成具有陶瓷硬度和金属韧性的覆盖层。
其次，激光熔覆技术可以在材料表面形成非常细小的晶粒结构。这种
细小的晶粒结构可以提高材料的硬度和抗磨损性能。同时，细小的晶粒结
构还可以提高材料的强度和耐腐蚀性能。
此外，激光熔覆技术可以在表面形成非常薄的覆盖层。这种薄的覆盖
层不会改变基底材料的尺寸和形状，从而提高工件的精度和形状精度。同时，薄的覆盖层还可以减小材料的重量，并提高材料的导热性能。
其次，激光熔覆技术可以用于提高材料的性能。例如，可以在金属表
面形成陶瓷覆盖层，从而提高金属的硬度和抗磨损性能。同时，还可以在
材料表面形成耐腐蚀的覆盖层，提高材料的耐腐蚀性能。
另外，激光熔覆技术还可以用于合金化处理。例如，可以将两种或多种材料熔融在一起，形成具有多种性能的新材料。这种合金化处理可以使材料具有更高的强度、硬度和耐磨性能。
激光表面改性技术——激光毛化技术讲解
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
激光表面强化技术在大型轧辊制造中的应用前景
激光表面强化技术在大型轧辊制造中的应用
前景
激光表面强化技术（Laser surface strengthening technology）作为一种先进的材
料加工技术，已在多个领域得到广泛应用。在大型轧辊制造中，激光表面强化技术也显示出了巨大的潜力和应用前景。本文将从技术原理、应用优势以及发展前景等方面进行探讨。
一、技术原理
激光表面强化技术是利用激光对金属材料进行表面改性，增强其力学性能和耐
磨性。通过激光高能量的短时作用，可以使材料表面的温度迅速升高并迅速冷却，形成一个具有高硬度、高耐磨性的表面层。这种表面层可以有效防止轧辊在使用过程中出现磨损、脱落等问题，提高其使用寿命和性能稳定性。
二、应用优势
1. 提高轧辊的耐磨性：激光表面强化技术可以在轧辊表面形成一个坚固的耐磨层，有效抵抗摩擦和磨损。这可以减少轧辊与金属材料之间的摩擦力和磨损，延长轧辊的使用寿命，降低生产成本。
2. 提高轧辊的强度和硬度：激光表面强化技术可以显著提高轧辊的强度和硬度，使其能够承受更大的压力和应力。这对于处理高强度或高硬度金属材料具有重要意义，可以保证轧辊在高强度工作条件下的安全运行。
3. 提高产品表面的质量：通过激光表面强化技术处理后的轧辊，可以有效改善
金属材料的表面质量，减少产品表面的缺陷和不均匀性。这对于生产高质量、高精度的金属制品具有重要意义。
4. 提高生产效率：激光表面强化技术具有快速、精确的特点，可以在短时间内
对轧辊表面进行处理。相比传统的热处理和化学处理方法，激光表面强化技术能够显著缩短生产周期，提高生产效率。
激光表面改性技术
1.什么是激光表面改性技术？
一般原理 激光与材料表面相互作用过程
一般原理
激光表面改性技术是采用高功率密度的激光器，利用光学 聚焦透镜将激光束聚焦，从而获得很高的激光功率密度和温度。
以非接触的方式，照射到材料表面，使金属材料表面在瞬间
（毫秒甚至微秒级）被加热或熔化后，借助于材料表面自身传 导快速冷却。在激光束与材料表面相互作用的过程中，通过热 效应及化学反应等方式，改变材料表面的组织结构、物理性能、 化学成分、应力状态等，从而改善材料表面性能（如耐磨性、
总之：激光表面改性技术在改善和强化材料表面性 能，提高材料的使用寿命方面具有突出的优越性。
3.激光表面改性技术的分类
激光熔覆、激光淬火、激光表 面熔凝、激光表面冲击强化、 激光表面合金化
（1）激光熔覆（亦称为激光包覆，或者激光 熔敷）
a 原理：通过在基体材料（基材）表面添加一层熔覆材 料，再利用高能密度的激光束对其表面辐射加热， 使基材表面薄层和熔覆材料发生熔化，由于材料自 身热传导作用，被辐射后的材料表面迅速冷却温度 降低，并快速凝固形成一层与其为冶金结合的填料 熔覆层。 b 方法：一步法（同步送料法）和预置法 （P5 –P6） c 优点：①涂层与基材集合好，熔覆组织致密。 ②降低材料成本，降低能源消耗，节约贵重稀 有金属。 d 用途：材料表面改善和修复
（4）激光冲击强化
a 原理：指利用高能量密度、短脉冲激光扫描材料表面，由 于材料吸热后升华气化而急速膨胀甚至等离子体化，并引 起爆炸波以及在表面产生冲击波，从而使材料表面强化的 技术。在激光与材料相互作用的过程中，由于高压冲击应 力波的产生，使材料表面产生塑性变形，形成大量的高密 度位错和残余压力，从而可大幅度提高材料表面的硬度和 抗疲劳性。 b 优点：①可在空气中进行，对基体材料不产生畸变。 ②可冲击强化精加工工件的曲面（如齿轮、轴承 等） c 用途：提高材料抗疲劳寿命
激光加工技术及其应用(精)
激光加工技术及其应用
概述:
激光加工(Laser Beam Machining,简称LBM是指利用能量密度非常高的激光束对工件进行加工的过程。激光几乎能加工所有材料,例如,塑料、陶瓷、玻璃、金属、半导体材料、复合材料及生物、医用材料等。
在1960年12月,出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年,有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年,科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外,还有输出能量大、功率高,而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。
与传统加工技术相比,激光加工技术有以下特点
(1激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等也可用激光加工;
(2、激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题;
(3、工件不受应力,不易污染;
(4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工;
(5、激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工;
(6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度;
(7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。
2.基本原理
激光被广泛应用是因为它具有的单色波长、同调性和平行光束等3大特性。科学家在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质,使其原子的电子达到受激发的高能量状态。当这些电子要回复到平静的低能量状态时,原子就会射出光子,以放出多余的能量。这些被放出的光子又会撞击其它原子,激发更多的原子产生光子,引发一连串的连锁反应,并且都朝同一个方前进,进而形成集中的朝向某一方向的强烈光束。由此可见,激光几乎是一种单色光波,频率范围极窄,又可在一个狭小的方向内集中高能量,所以利用聚焦后的激光束可以穿透各种材料。以红宝石激光器为例,它输出脉冲的总能量不够煮熟一个鸡蛋,但却能在
激光表面处理技术在制造业中的应用
激光表面处理技术在制造业中的应用
一、激光表面处理技术简介
激光表面处理技术（LSP）是一种采用激光作为能量源，对金属表面进行加工，通过物理或化学反应改变表面形态、结构和性能的新型表面处理技术。与常规的机械加工、化学处理等表面处理方法相比，LSP技术具有精度高、速度快、成本低等优点，被广泛应用于汽车、航空航天、电子、生物医药等制造业领域。
二、激光表面处理技术的应用
1.微加工制作模具
LSP技术可以在金属表面上制造各种微细结构和小孔，用于模具加工。激光微细加工技术可将激光聚焦在锅底的特定位置进行加工，因此可以制作出具有高几何形状精度的微细结构。该方法能够制作出更细致、更复杂的产品，而且生产效率高、成本低，增强了制造业的竞争力。
2.表面改性处理
LSP技术可通过改变材料表面形态和结构以及化学反应来改善金属的表面性能。通过表面处理后基材表面的粗糙度、耐磨性、抗腐蚀性及润滑性等性能得到了显著的提升，解决了一些传统的表面改性方法所存在的问题。因此，LSP技术广泛应用于汽车、航空航天等制造业领域。
3.薄膜生长
LSP技术已经被广泛应用于化学气相沉积（CVD）和分子束外延（MBE）等化学制备过程的表面改性。在这些过程中，激光作为一种热能源被应用于催化剂的制备、表面清洗以及形成薄膜过程中的化学反应。
4.叠加制造
LSP技术还可以用于材料的叠加制造。通过在材料表面熔化部分或全部金属粉末，可以得到具有高质量的3D叠加物。利用激光作为加热源，利用粉末喷射头沉积金属粉末，构建三维形状的零件。该方法能够制造更为复杂的产品，能够解决传统的制造方法所存在的缺陷。
激光在材料表面改性中的应用及研究进展
化 统 光 推 到 了 ・ 新 的 阶 段 ‘ 激 光 的 独 特 性 显 个 。
示 岛 的 科 学 应 用 价 值 ， 其 应 川 研 究 引 起 内 外 学 吝投 入 了极 大 的 热 情 。 激 光 真 正 扶 得 广 泛 的 应 川 与 ‘
发 展 源 Ｊ２ 世 纪 ７ ； 代 大 功 牢 激 光 器 的 研 制 成 ０ ０１ －
维普资讯 http://www.cqvip.com
讲究与 探蕾
ＹBaidu Nhomakorabea十Ｉｙ Ａ Ｔ ， ＾‘ ＿ 甜Ｔ Ｎ ￣ Ｊｕ
激光在 材 料表 面改 性中 的应 用及研 究进 展
利Ｋ成 尤 卿 ‘ 宋 峰 ‘ 黄 曼 半 丌 建 Ｉ ， ， ｔ 』 （ ．合 吧 ｌ Ｉ ： 业人学 材 料科学 ｌ ： 徉学院 ．安徽合 吧 ２０ ０ ；２ ３ ０ ９ ．安 徽述筑 ｌ ： 业学院 机ｆ Ｉ ¨ ： Ｉ． 蠡ｊ 徉系 ．安徽 合肥 ２ ０ ２ ） ． ３０ ２
【Ａｂ ｔａ ｔ Ｍｅｈ ｄ ｆｍａｅ ｉｌｓ ｒａ ｅ ｍｏ ｉｉａ ｉｎ ｈ ｖ ｅ ｎ ｅ ｒｃ ｅ ｙ ｔｅ ａ ｐ ｉａｉｎ ｏ ｓ ｒａ ｉｈ ｓｒｃ］ ｔ ｏ ｓｏ ｔｒ ｕ ｆｃ ｄ ｆｃ ｔ ａ ｅ ｂ ｅ ｎ ｉｈ ｄ ｂ ｈ ｐ ｌ ｔ ｆｌ ｅ ｓｈｇ ａ ｏ ｃ ｏ ａ
忖 、 高方 ｌ 等特 点使 兑 成 为 ‘ 忭 种 想 的 光 源 ，把
激光表面改性技术
激光冲击硬化
利用高能密度激光束照射金属材料表面，由于金属升华气化而急速
膨胀，产生的高于材料的动态屈服强度的高压应力波，从而提高了金 属材料的物理机械性能。
激光冲击硬化原理示意图
优点 （1）激光冲击强化改善了材料表面的耐磨性和耐腐
蚀性能。
（2）大大提高材料的强度和硬度。
冲击波峰压
当将等离子体看作理想气体，激光为高斯光束时，冲击波 峰压P可表示为P=B I1/2
玻璃作为约束层时，B=21;
水，B=10. 1
冲击波峰压只与激光功率密度有关，与激光的脉宽和波长
无关
强化机制
表面硬度提高机理: 一对铝合金试样分析后认为，试样中存在的高密度位错是
硬度提高的主要原因；
激光表面改性技术
激光表面改性技术
优点 • (1)能量传递方便，可以对被处理工件表面有选择的局部强化：
• (2)能量作用集中，加工时间短，热影响区小，激光处理后，工 件变形 小；
• (3)处理表面形状复杂的工件，而且容易实现自动化生产线：
• (4)改性效果比普通方法更显著，速度快，效率高，成本低； • (5)通常只能处理一些薄板金属，不适宜处理较厚的板材； • (6)由于激光对人眼的伤害性影响工作人员的安全，因此要致力 于发展安全设施。
分类
有约束层
一激光束透过水或玻璃被吸收层
激光表面改性技术的研究与其应用
激光表面改性技术的研究与其应用
激光表面改性技术的研究与应用
摘要：激光本身具有很大的发展潜力，产生激光束的装置在品种和效率上都有很大的发展潜
力。利用激光表面改性技术能使低等级材料
实现高性能表层改性，达到零件低成本与工
作表面高性能的最佳结合，为解决整体强化
和其它表面强化手段难以克服的矛盾带来
了可能性，对重要构件材质与性能的选择匹
配、设计、制造产生重要的有利影响，甚至可能导致设计和制造工艺的某些根本性变
革。本文从激光表面改性的技术特点及先进
制造业的发展需求岀发，论述了激光表面改
性技术的特点及其在半导体表面改性、智能
制造及柔性加工等领域的研究与应用。
关键词：激光表面改性；激光熔覆；激光表面相变硬化；复合处理；柔性制造
激光表面改性技术是材料表面工程技术最新发展的领域之一。这项技术主要包括激光表面相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光熔凝、激光冲击硬化、激光非晶化及微精化等多
种工艺。其中，激光相变硬化和激光熔覆是目前国内外研究和应用最多的两种工艺。
激光表面相变硬化：与传统热处理工艺相比，激光表面相变硬化具有淬硬层组织细化、硬度高、变形小、淬硬层深精确可控、无须淬火介质等优点，可对碳钢、合金钢、铸铁、钛合金、铝合金、镁合金等材料所制备的零件表面进行硬化处理。
激光熔覆:是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光幅照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基材表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。
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；
激光表面改性技术研究
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。
金属材料表面改性的新技术和应用
金属材料表面改性的新技术和应用金属材料是各类工业产品的重要组成部分，其表面性能对于产品质量和使用寿命有着至关重要的影响。为了提高金属材料的表面性能，人们不断研究和开发各种表面改性技术，其中不乏一些新颖而高效的方法。
一、等离子体表面改性技术
等离子体表面改性技术是应用等离子体在金属表面产生化学反应、氮化、硬化、涂层等改性处理的技术。通过等离子体的离子轰击和离子注入，使金属表面产生化学反应、形成氮化层，改善金属表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度等性能。改性后的金属表面能够适应各种工况的使用要求，提高工件使用寿命。
二、激光表面改性技术
激光表面改性技术是应用激光束在金属表面进行加工、熔覆、热喷涂等表面改性的技术。在激光束的照射下，金属表面形成一定深度的溶液区和高温熔融层，通过液相扩散和凝固形成新的组织和相结构，使金属表面性能得到变化和提高。激光表面改性技
术具有加工速度快、成本低、适用范围广等优点，可以应用于各
种金属、合金、复合材料的表面加工和改性。
三、离子注入表面改性技术
离子注入表面改性技术是利用离子轰击技术将离子注入金属表
面达到表面涂层、氮化、硬化等目的的技术。离子注入会改变金
属表面的结构和化学成分，产生一定的亚表面致密层，使金属表
面的硬度、耐腐蚀性、疲劳寿命和摩擦系数等性能得到提高。离
子注入表面改性技术具有操作简单、效果明显、耐磨性好等特点，适用于各种金属、合金、陶瓷、复合材料等的表面改性。
四、金属氧化膜表面改性技术
金属氧化膜表面改性技术是利用复杂氧化物薄膜在金属表面形
成后进行化学或物理处理，达到改善金属表面性能的目的。金属
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
国内外状况
在欧美发达国家中，大约有50%~70%的机械零 部件都用到了激光加工技术。近十年来激光技术在 制造业中的应用发展迅猛, 统计资料表明欧美日工业发达国家中, 有50% ~70%的零部件都是采用激光技术加工完成。从车 身、电器仪表到传动部件，从焊接、切割到激光打 标，到处都有激光技术的应用，不胜枚举。 欧美日等发达国家经过多年的连续快速发展以后， 2011年略有下降，但欧洲国家仍然在激光的精细 加工市场方面增长了20%。
激光聚焦直径理论上可至 1μm 以下，实际可实现 φ0.01mm 的小孔加工和窄缝 切割；加工速度快，效率高； 激光加工不仅可以进行打孔和切割，也可进行焊接、热处理等工作；可控性好 ，易于自动控制。 本项目申报单位经过实际调研显示，激光加工在很多方面已经显示出了自己的 独特优势，激光加工不但生产效率高，近乎无污染的洁净加工技术，而且许多工
Hale Waihona Puke Baidu
3、项目创新点
1）开发激光加工专用工装，提高定位精度， 取代传统昂贵的模具定位系统； 2）通过与多家国内科研机构的合作开发使 用可用于机械类产品的低成本激光加工系统。 3）用激光精确切割清理铸件余边，代替现 有的多道工序，提高了工效和产品质量；
二、项目技术经济指标
（1）粗糙度指标 采用该项目技术切除铸造余边，零件表面粗糙度小于0.4； （2）精度指标 采用该项目技术的新型工装定位，定位切除误差小于0.3mm； （3）成本指标 采用该项目技术，零件的制造成本不高于现有技术成本。 （4）项目完成后申报2项以上专利，并在产品应用的技术水平上保 持国际先进水平。
2、项目针对的主要问题及解决办法
提高产品质量
针对目前传统制造业的机械产品质量问题，开发激光加
工技术达到提高磨损、提高硬度、延长寿命的目的； 减少工序提高效率 针对机械零件的飞边毛刺等的清理需要多道工序，费工费 时，用激光精确切割清理铸件余边，代替现有的多道工序（ 手工去边、砂轮粗磨、人工锉、砂布精磨和布轮抛光等）， 提高了工效和产品质量。
（2）铸造余边专用激光器及切割工艺参数开发 联合温州嘉泰激光有限公司采用价格较低的激光光源，光纤 传输，数据化编程控制，气体不采用现有的氩气、氮气和氧气， 而是采用压缩空气。优化激光加工工艺参数，保证激光切边的 精度和质量。 （3）控制技术与激光技术的集成创新 该项目的技术领域是激光技术与铸件生产的集成创新技术在 机械领域的应用。新型定位支架采用了先进、巧妙的结构，使 得复杂的三维零件定位问题转化成了较简单的二维数控编程问 题，降低了这项新技术的应用门槛，易于普及和推广，具有广 泛的应用前景。
三、技术关键
（1）开发金属部件余边专用激光器 采用比现有激光器成本低的激光光源，传输采用光纤，数据化编程 控制，在对加工部位进行保护的过程中，创新性采用价格低的 压缩空气取代现有的昂贵并具有危险性的氩气、氮气和氧气， 具有环保的特点，提高产品的附加值。 （2）开发一种提高铸件性能及成品率的激光表面处理技术及工艺 对机械加工面采用粗加工后激光处理，提高表面性能，而且对缩孔 疏松等缺陷焊合，提高了产品的质量和成品率。 （3）开发新型定位工装使激光技术与传统工艺无缝对接 采用薄钢材插装结构, 薄钢材厚度为1.5mm，材料为Q235或A3。 断面上以50mm 为增量，每隔100-200mm设计一个插脚， 底板上也相应地设计插槽。降低了这项新技术的应用门槛，易 于普及和推广。
应用前景： 本项目产品工艺先进，性能优异，技术居国内领先水平，国内 外市场需求量很大，预期经济效益良好。它的产业化和推广应 用具有节约材料、节省油耗、减少排放，保护环境、延长使用 寿命、提高安全性能等重要作用，社会效益显著。
三、研究开发内容及关键
1. 主要研究内容 采用激光加工技术提高铝合金发动机铸件质量和效率，采用激光切割 铸件余边，提高生产效率和产品质量，降低生产成本。
高精度激光加工技术及其定位工装的开发
项目工作总结报告内容
一、立项的背景和意义 二、技术经济指标 三、项目研究内容 技术关键 四 、项目实施方案 五、项目计划 六、经费概算
一、项目的背景
1、项目技术背景
激光加工的主要优势在于加工材料范围广，适用各种金属/非金属材料
非接触加工方式，热变形小，加工精度较高；可进行微细加工。
艺与传统加工技术相比，成本更低，因此，在一些领域已全面替代了传统工艺技
术。
本项目立足温州，充分发挥温州的制造业产业优势，促进激光 产业应用，将激光加工技术应用于轻工机械、泵阀、汽摩配等 特色优势产业上的应用，为将温州打造成为激光应用中心做出 贡献。 对于龙湾不锈钢、轻工机械、阀门等企业生产的产品，激光加 工具有加工精度高、变形小、表面光滑、无塌边，加工后工件 可直接用于装配，免除了模具制造费用；大大缩小了产品加工 时间；激光切割适用于不同形状，可排版式套裁切割，能保证 材料最大利用率，减少了浪费；另外切割过程中可随机对工件 进行标识打标和点状打标；为非接触性加工，避免了钣材划花 刮伤现象，提高了产品档次。激光精细加工技术具有较大的发 展和应用潜力。
四 、项目实施方案
1、方案
采用激光切割技术进行切边，采用一道工序完成多道工 序的工作；采用CAD/CAM一体化制造技术，在UG 软件中 完成定位，采用薄钢材插装结构，薄钢材厚度为1.5mm，材 料为Q235或A3。断面上以50mm为增量，每隔100-200mm 设计一个插脚，底板上也相应地设计插槽。采用先进、巧妙 的结构, 使得复杂的三维零件定位问题转化成了较简单的二 维数控编程问题，降低了这项新技术的应用门槛，非常易于 普及和推广，具有广泛的应用前景。 评估生产的可行性，提出改进工艺方案，再进行优化试 验。在产品质量评估，效益、成本核算的基础上，最终形成 量产技术工艺文件，指导日常生产。
（1）开发新型定位工装支架 由于铸件形状非常复杂，其原始的定位方式一般仍采用模具制作中早 已淘汰的模型翻制工艺，另外采用铝骨架结构、型材焊接结构、 木制框架结构。这几种现有的工装结构不仅制作工艺复杂，价格 昂贵，周期长，而且样件的精度和质量也不能很好的保障。
开发的新型激光切割机定位支架完全采用了CAD/CAM一体化制造技 术，在UG软件中完成，采用薄钢材插装结构，薄钢材厚度为 1.5mm，材料为Q235或A3。断面上以50mm为增量，每隔 100-200mm设计一个插脚，底板上也相应地设计插槽。