激光表面改性技术及国内外发展现状
激光表面改性技术
激光物理气象沉积 激光诱导液相沉积
激光增强电镀
激光化学气相沉积
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激光淬火技术
激光淬火又称激光相变硬化，就是利用激光将金属材料加热到相变点以上， 金属熔化以前，依靠金属自身冷却达到淬火的目的。激光相变硬化的实质是 马氏体相变硬化。马氏体和亚结构晶粒都被超细化，相变硬化后残余奥氏体 也被显著强化。与常规热处理淬火相比较，激光相变后材料硬度要提高，低 碳钢也能提高一定的硬度。
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优点
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，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。
激光表面改性技术及其优点
激光表面处理是采用大功率密度的激光束，以非接触性的方式加热材 料表面，在材料表面形成一定厚度的处理层，借助于材料表面本身传导 冷却，来实现其表面改性的工艺方，可以改善材料表面的力学性能、冶 金性能、物理性能，从而提高零件的耐磨、耐蚀、耐疲劳等一系列性能 以满足各种不同的使用要求。激光表面改性技术广泛应用于航空、航天 、机械、电器、兵器和汽车制造行业。
优点
（1）工件表面强度高，比常规淬火高5%-20% （2）加热速度快，热影响区小，淬火应力及变形小 （3）可对形状复杂的零件盒不能用其他方法处理的零件进行局部硬化 （4）工艺周期短，生产效率高，易实现自动化 （5）激光淬火靠热量由表及里的传导自冷，无需冷介质，对环境污染小
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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。
(完整版)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、 耐腐蚀性、抗氧化性和抗疲劳性等）的工艺方法。
b 优点： ①一般不添加合金元素。 ②熔凝层与材料基体是天然的冶金结合。 ③在熔凝过程中，可以排除杂质和气体。 ④同时极冷重结晶获得的组织具有较高的硬度、
耐磨性、抗蚀性
c 用
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。
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
不够精确，激光表面处理加工过程中的热应力、热应变和 加工后的残留应力问题没有很好理论解释。 ④激光表面处理工艺参数、材料性能 以及表面状况（如吸 光率）等处理后表层性能的影响研究不完善。 ⑤ 设备昂贵，一次性投入高。
（2）前景
① 利用激光表面处理技术，在一些表面性能差和价 格便宜的基体金属表面获得合金层，用以取代昂 贵的整体合金，节约贵金属和材料，使廉价材料 获得应用，从而大幅度降低成本。
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。
激光表面改性技术发展现状讲解
20世纪60年代开始研究
激光表面改性技术应用发展
• 激光气相沉积 •制造或改性高质量精密零件
Step 3 • 冲击硬化 Step 2
•铝合金提高强度、硬度、疲劳寿命 • 激光熔覆、熔覆粉末
Step 1
•排气管密封面、发动机高压叶片、纳米涂层 • 激光相变、激光熔凝硬化 •应用于汽车零件
激光表面改性技术基材应用
1、黑色金属基材：碳钢、不锈钢、模具钢、高速钢等 2、钛合金基材 1）表面利用激光合金化和激光熔覆制备Ti2Al金属间化合物改性涂层， 提高高温抗氧化性 2）在钛合金生物材料表面熔覆生物活性涂层 3、镁合金基材 采用激光熔覆、合金化、熔凝等提高镁合金耐腐蚀、耐磨性能 4、铝合金基材 激光冲击强化改善飞机结构中紧固件周围疲劳性能，6.5mm板材的裂
2、激光表面改性可以应用于黑色金属、有色金属等绝
大部分的金属材料 3、激光器从第一代的YAG、CO2激光器发展到第二代
的半导体激光器，再到第三代的光纤激光器。
作业思考题
1、目前，激光熔覆表面改性技术可应用于哪些基材？ 2、用于激光表面改性的激光器经历了哪三代发展历程？
激光表面改性技术发展现状
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
教学目标 通过本次课程的学习，了解激光表面改性技术国内外发展 现状。
激光表面改性技术发展现状
更高功率（万瓦级）、高效率（光电效率60%以上）激光器研制 近10年，工业型大功率半导体激光器研制成功 广泛应用于汽车、航空航天 1974年第一个激光熔覆专利 美国通用汽车建激光相变硬化、熔凝硬化生产线 20世纪70年代研制出大功率激光器 开始实际应用
纹扩展试样高频疲劳寿命提高100倍左右
激光表面改性技术激光器发展
激光表面改性技术
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。
激光表面改性技术
（5）激光表面合金化
a 原理：利用高能密度的大功率激光束将基底材料局部 区域表面加热到一定固态温度或形成一层薄的熔区， 通过扩散或添加合金元素或化学反应，改变表面化学 成分以改善材料表面的性能。 b 优点：①可利用气体或液体材料作为合金元素 ②合金化层组织小，结构致密，气孔率低 ③无需以工件作为电极传导，粉末材料和基体 材料使用面广 ④ 热影响区小，工件变形小 c 用途：常用于在磨损、腐蚀、高温氧化等工作条件下 的工件表面强化，以及修复磨损件。
（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
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
7.2 激光表面改性技术
激光淬火技术的应用
❖ 激光淬火由于以上优点而得到较为广泛的应用。 发动机缸体表面淬火,可使缸体耐磨性提高3倍以 上； 热轧钢板剪切机刃口淬火与同等未处理的 刃口相比寿命提高了一倍左右； 而且激光表面
❖ 淬火还应用在机床导轨淬火、齿轮齿面淬火、发 动机曲轴的曲颈和凸轮部位局部淬火以及各种工 具刃口激光淬火。
1) 材料成分：是通过材料的 淬硬性和淬透性来影响激光 淬硬层深度与硬度的。一般 说来，随着钢中含碳量的增 加，淬火后马氏体的含量也 增加，激光淬硬层的显微硬 度也就越高，如图所示
2) 激光工艺参数：激光淬火 层的宽度主要决定于光斑直径； 淬硬层深度由激光功率、光斑直 径和扫描速度共同决定；描述激 光淬火的另一个重要工艺参数为 功率密度，即单位面积注入工件 表面的激光功率。为了使材料表 面不熔化，激光淬火的功率密度 通常低于104W／cm2，一般为 1000-6000W／cm2。
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激光表面熔凝技术特点
优点：比激光淬火层的总硬化层深度要深、 硬度要高、耐磨性也要好。
缺点：基材表面的粗糙度较大，后续加工量 大。
7.2.3 激光熔覆技术
激光熔覆(Laser Cladding)技术亦称激光 包覆、激光涂覆、激光 熔敷，是一种新的表面 改性技术。它通过在基 材表面添加熔覆材料， 利用高功率密度的激光 束使之与基材表面一起 熔凝的方法，在基材表 面形成与其为冶金结合 的添料熔覆层，以改善 其表面性能的工艺。
3)表面预处理状态：一是表 面组织淮备，即通过调质处理等 手段使钢铁材料表面具有较细的 表面组织，以便保证激光淬火时 组织与性能的均匀、稳定。二是 表面“黑化”处理，以便提高钢 铁表面对激光束的吸收率。
优点：
（1）与常规淬火相比，激光淬火 后的硬度要高1－5HRC。 （2）激光加热和冷却速度非常快， 变形小。 （3）可对局部、沟槽、内壁、刃 口等进行激光表面强化，可加工 形状复杂的零件。 （4）相变硬化层组织细密，位错 密度高，耐磨性更好。 （5）几乎不破坏表面粗糙度，采 用防氧化保护薄涂层。 （6）不需要加热和冷却介质，无 污染，清洁环保，效果好。 （7）加工过程采用计算机控制， 质量可靠，效率高。
激光熔覆技术研究现状及发展趋势
激光熔覆技术研究现状及发展趋势介绍了激光熔覆的技术特点，综述了国内外激光熔覆技术的研究现状，并阐述了激光熔覆技术的发展趋势，最后总结了激光熔覆技术亟待解决的几个问题和发展对策。
标签：激光熔覆；发展趋势；研究现状；发展对策0引言近些年来，随着科学技术的大力发展，激光熔覆技术因其在零件材料表面改变性能中的突出优点而获得了国内外大多学者的广泛关注和研究，陆续已经进入到工业生产领域。
激光熔覆技术是指利用激光束为热源，将其合金粉末熔化，在零件材料基体合金表面形成一种冶金结合表面的涂层[1]。
激光熔覆技术作为零件材料表面改性技术的一种非常有效的手段，可以有效改善金属材料表面的硬度、耐磨性、强度、抗高温氧化性和耐腐蚀等性能，与其他表面处理技术相比较，激光熔覆技术具有很多优点，例如熔覆热能影响区域较小，加工工件的变形小，加工工艺易于实现自动化控制等，激光熔覆按涂层材料的添加方式，可以分为同步式和预置式，同步式是将涂覆合金粉末直接喷在受激光辐照的合金熔池内直接成型，预置式是将要涂覆的合金材料通过喷涂或粘结等方法预置于材料基体合金表面，然后用激光束进行辐照，后者操作简单，但对于预涂层粉末的厚度，粘结剂的要求较高，后者熔覆层质量更好，生产效率更高，同时对于送粉设备以及预涂层粉末要求也比较高。
1国内外研究现状激光熔覆技术的实验研究开始于20世纪70年代中期，研究初期对激光熔覆技术的研究主要在于熔覆工艺，熔覆层的性能，熔覆层的微观组织结构以及激光熔覆工艺应用等方面的研究、当代激光熔覆技术主要集中在激光熔覆机的研制、激光熔覆材料的研制、激光熔覆模型和基础理论、激光熔覆过程检测与控制、激光熔覆送粉系统的研制、基于激光熔覆的快速成形与制造技术等领域的研究[2]。
1.1国外激光熔覆技术的发展现状。
国外对激光熔覆技术的研究始于上世纪80年代，比我们国家早二十年左右的时间，国外的研究主要集中在以下三个地区：欧洲（德国、荷兰、法国、英国、芬兰、、葡萄牙、瑞典）北美（美国）和亚洲（日本、澳大利亚、新加坡）[3]。
激光淬火技术简介
激光淬火技术简介本文简要介绍激光对材料表面改性处理中激光淬火技术的实现方法、主要特点、面临的问题以及目前国内外的研究现状.自从60年代激光问世以后, 激光技术作为一门举世瞩目的高新技术, 几乎在各行各业都获得了重要的应用. 20多年前, 利用大功率激光实现材料表面相变硬化的可行性便在实验室里得到证实, 很快, 美国通用汽车公司将这项技术第一个用于工业生产. 我国自70年代末研制成功千瓦级二氧化碳激光器之后, 激光热处理的工业应用亦取得了重要的成就, 从此, 人们始终未中断对这项技术的应用研究. 但是, 时至今日, 激光热处理在工业上的应用情况显得远远低于最初的估计, 即使是在汽车工业, 激光热处理在国内外也未广泛用于工业生产.一、激光淬火简介从能量传输的观点而言, 激光是一种功率密度极高的能量流. 当激光辐照金属材料表面时, 材料表层将激光注入的能量转换为热而使温度迅速增高; 当激光作用停止后, 由于金属是热的良异体, 材料基体对热能的扩散而使热影响区的温度迅速下降, 从而使材料表层经历了一个热处理过程. 金属热处理的结果与材料热影响区域所经历的热循环相关, 通过控制作用激光的功率、功率密度分布、激光作用时间等参数, 可以改变热循环, 从而完成材料表层的淬火或退火等工艺.在激光热处理中,金属材料的激光淬火是激光热处理的一项最重要的内容，激光淬火又称为激光相变硬化, 是指以高能密度的激光束照射工件表面, 使其需要硬化部位瞬间吸收光能并立即转化为热能, 从而使激光作用区的温度急剧上升形成奥氏体, 经随后的快速冷却, 获得极细小马氏体和其他组织的高硬化层的一种热处理技术。
对激光淬火的深入研究表明, 这是一个涉及光束质量、工件的热物理特性、工件的几何形状以及光作用方式等众多因素的复杂技术, 对设备的配置以及操作人员的素质都有较高的要求. 设备昂贵和技术复杂的问题，较大幅度地提高了工件热处理的成本, 降低了这项技术对传统热处理工艺的竞争力. 也许, 这就是这项技术未能迅速推广的主要原因. 但是, 激光淬火和其它传统的热处理工艺相比(例如工件整体的盐浴淬火、工件表面的感应淬火) , 它具有可以精确控制热处理区域及工件热变形小等一系列优点. 只要能够较好地控制激光淬火的工艺过程, 原则上可以用价格便宜, 易于加工的材料制造工件的基体, 在工件的关键部位用激光进行处理, 便能显著提高产品的质量, 简化工件的生产工艺, 降低工件的成本, 增强激光淬火对其它传统热处理工艺的竞争能力.二、激光淬火表面预处理由于一般钢铁零件是是在精加工后才强化处理的，表面光亮，对激光的反射率很高，吸收激光能量的能力很低，因此待处理工件表面必须经过表面预处理，以提高激光能量的利用率。
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。
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。
现代表面改性技术的国内外最新研究进展
现代表面改性技术的国内外最新研究进展摘要工业技术的发展使得制造工业产品所需的材料品种日益繁多，为了适应高强度、高硬度、耐磨、耐高温、耐腐蚀等不同要求，通常采用各种表面处理技术对普通金属材料表面进行加工，使其适用各种复杂的工作环境。
金属材料表面改性技术很多，除传统的热处理、电镀堆焊外，还包括激光表面改性、离子注入法、物理气相沉积法和热喷涂等。
本文概略的论述了金属材料表面改性技术的研究进展和国内外无机粉体表面改性的现状，概要的描述了现行的以及正在研究的表面改性技术。
关键字：表面改性技术、金属表面改性、粉体表面改性一、前言表面改性技术(surface modified technique)是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。
它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。
这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。
使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。
表面改性的特点是：（1）不必整体改善材料，只需进行表面改性或强化，可以节约材料。
（2）可以获得特殊的表面层，如果超细晶粒、非晶态、过饱和固溶体，多层结构层等，其性能远非一般整体材料可比。
（3）表面层很薄，涂层用料少，为了保证涂层的性能、质量，可以采用贵重稀缺元素而不会显著增加成本。
（4）不但可以制造性能优异的零部件产品，而且可以用于修复已经损坏、失效的零件。
表面改性技术广泛应用于机械工业、国防工业及航空航天领域，通过表面改性可以使材料性能提高，产品质量提高，降低企业成本。
表面技术的应用，在提高零部件的使用寿命和可靠性，提高产品质量，增加产品的竞争力，以及节约材料，节约能源，促进高科技技术的发展等方面都有着十分重要的意义。
激光熔覆技术
激光熔覆的两大主要作用
国外研究现状
• 国外对激光熔覆加工始于上世纪80年代，比我国早十年左右的时间，国外的研究主要集中在 下面三个地区： 1）欧洲（德国、英国、芬兰、法国、瑞典、葡萄牙） 2）北美（美国） 3）亚洲（日本、澳大利亚、新加坡）
国内研究现状
4.在激光熔覆过程中，添加某种金属元素，对特定合金组织形成的影响。 5.扫描速度对熔覆层硬度和厚度的影响。 6.激光熔覆制备金属基复合涂层以提高机械性能。 7.Mg表面熔覆金属材料涂层的机械性能。 8.激光熔覆设备的研究。
激光熔覆设备
激光熔覆工艺
• 激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。 • 预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，
熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。 • 同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要
参考文献
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• 成本的节约 例如：1.如果一个工件需要得到钛的性能，但是用钛合金材料制造整个工件成本又太高，有了 激光熔覆就可以把钢作为工件的材料，然后再工件上熔覆一层钛合金，这样就既节约了成本 又使工件具有钛的性能。 2.在电触头行业，在铜基体上激光熔覆厚度小于0.02mm粉末银涂层代替对人体有害的 电镀工艺，减少对贵重金属的浪费，生产效率大大提高。
激光熔覆技术研究进展
激光熔覆技术的研究进展摘要：激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术，具有广泛的应用领域。
本文综述了国内外激光熔覆技术的研究进展，重点介绍了激光熔覆工艺方法、激光熔覆材料及激光熔覆层的性能，最后对激光熔覆技术的发展趋势做了展望。
关键词：激光熔覆；熔覆材料；涂层性能Developments of laser cladding technology (School of Materials Science and Engineering, Shandong Architecture University, Jinan 250101) Abstract: Laser cladding is an advanced surface modification technique, which has a broad prospect of applications. The development of laser cladding technique weresummarized in China and abroad. The usual laser cladding materials, the lasercladding process and the properties of laser cladding coating were mainly introduced.Finally, the development tendency of Laser cladding was forecast.Keywords: laser cladding; cladding materials; coating properties0 前言激光熔覆，就是以激光作为热源，用不同的添料方式在被熔覆的基体上放置所选择的涂层材料，经过激光照射使之与基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、与基体材料形成冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化能力及电气特性的工艺方法[1]。
激光表面熔覆也叫激光涂覆或激光包覆
激光表面熔覆也叫激光涂覆或激光包覆，它是材料表面改性的一种重要方法，它是快速凝固过程，通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能量密度激光束将不同成分和性能的合金与基材表层快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层。
激光熔覆层因具有良好的结合强度和高硬度，在提高材料的耐磨损方面显示了优越性。
今年来，激光表面熔覆技术发展迅速，成为材料表面工程领域的前沿。
1、激光熔覆技术的特点同其它表面强化技术相比，它具有以下特点：冷却速度快；热输入和畸变较小，涂层稀释率低(一般小于5%)，与基体呈冶金结合；能进行选区熔覆，材料消耗少，具有卓越的性能价格比；光束瞄准可以使难以接近的区域熔覆等。
2、激光表面熔覆的工艺方法激光熔覆依据合金供应方式的不同，可将激光熔覆分为两大类：预置法和同步送粉法。
预置式涂层法是先将粉末与粘接剂混合后以某种方法预先均匀涂覆在基体表面，然后采用激光束对合金涂覆层表面进行照射，涂覆层表面吸收激光能量使温度升高并熔化，同时通过热量传递使基体表面熔化，熔化的合金快速凝固在基材表面，形成冶金结合的合金熔覆层。
预置涂层法的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理预置熔覆材料预热激光熔化后热处理。
同步送粉法是通过送粉装置在激光熔覆的过程中将合金粉末直接送入激光作用区，在激光作用下材质和合金粉末同时熔化，结晶形成合金熔覆层。
同步送粉法的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理送料激光熔化后热处理该方法是激光熔覆技术的首选方法，国内外实际生产中采用较多。
送粉的方式对粉末的利用率也有很大的关系，一般有正向和逆向两种送粉法，由于逆向送粉会使熔池的表面积增大，因此在相同的激光熔覆条件下，逆向法较正向法具有更高的粉末利用率。
3、激光表面熔覆材料体系按照材料成分构成，激光熔覆粉末材料主要分为金属粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。
在金属粉末中，自熔性合金粉末的研究与应用最多。
3.1自熔性合金粉末（1）Fe基合金体系自熔性合金粉末可以分为Fe基、Ni基、Co基自熔性合金粉末，其主要特点是含有B和Si，具有自脱氧和造渣能力。
激光表面改性技术的应用及发展
万方数据
另外 为了满足大规模工业化生 产还开展了对激光设备各个零部 件的标准化、规模化设计的研究． 不断地促进激光表面改性设备的发 展。
５激光表面改性存在的问题 和前景展望
激光是～门高新技术．应用领 域很广。目前激光表面改性技术 的应用主要有激光表面熔覆激光 表面台金化 激光表面淬火 激光 表面熔凝、激光冲击硬化和气相沉 淀适等 用： 与激 不同 光应 表用面场改合性的的激关光键表技面术改有 性三工方艺面。，经即过高科 功率技的人激员光几器十、年与的努
内外研究者的一个难题，也是工程 应用及产业化的障碍，ｃ在激光表面 改性中，当大面积扫描时 由于扫 描方式的不同存在硬度不均或回火 现象．ｄ对一些处理面积大形状更
复杂的工件进行激光处理 要求能 够研制出新的高功率激光器，同时 能发展辅助设备如光束成形等。
激光表面处理是新型的局部表 面处理方法．是未来工业应用潜力 最大的表面改性技术之一，具有很 大的技术经济效益广泛应用于机 械、电器、航空、兵器、汽车等制 造行业。利用激光表面处理技术在 一些表面性能差和价格便宜的基 体金属表面进行处理，用以取代昂 贵的整体合金使廉价材料获得很 好的应用，从而大幅度降低威本， 目前，激光表面处理技术正朝着纳 米技术 半导体技术等微小领域发
展。圃
所得到的试验结果很少能应用 研究中
还存在一定的问题．主要体现为． 创造了条件。目前．激光表面改性 发展．为激光表面改性技术的推广 力．这三方面都己经取得了很快的
计算机配套的多自由度加工பைடு நூலகம்备、
ａ当前对激光表面改性所做的试验 由于试验条件和状态的不 同
到实际生产中：ｂ激光熔覆层或合金 化层的开裂敏感性，仍然是困扰国
２８ 万汽方车 数工 据 艺与材料ＡｍＭ
２００ ７年第１ Ｏ期
激光发展与现状
2021届机械工程及自动化专业毕业生论文(设计)课题名称：激光外表处理技术现状及开展学生XX：X成名指导教师：孙明江南大学网络教育学院2021年1月摘要：激光具有巨大的技术潜力，在冶金和材料加工中开展迅速，应用广泛。
激光外表处理由于其对工业和生产作出了巨大奉献，已成为飞速成长的重要加工技术领域。
另外，应用激光对材料外表实施处理也是一门新技术。
论文简述了激光外表改性的研究和开展现状,特别是激光外表淬火、激光熔凝、激光外表合金化合、激光熔覆等四种技术,以及对各项技术的原理、特点和国内外研究现状分别加以描述。
最后，还简述了激光外表改性技术存在问题和开展前景。
关键字：激光；外表处理；应用；Abstract:laser has great technological potential and has been developing rapidly in metallurgy and material ser surface treatment has bee an important area of rapidly growing processing technology due to its great contribution to industry and production.In addition, the application of laser to material surface is also a new technology.Paper briefly describes the present situation of research and development of laser surface modification, especially the laser surface hardening, laser fused, laser surface alloying bined, four kinds of technologies such as laser cladding, and the principle of the technology, characteristics and research status at home and abroad are described respectively.Finally, the problems and prospect of laser surface modification are also introduced.Key words: laser;Surfacetreatment;Application;目录摘要第一章：绪论一、选题目的及意义.二、拟解决的主要问题或创新之处第二章：激光外表处理技术的原理及特点一、激光外表处理技术的特点二、激光外表相变应化(LTH)三、激光外表熔化(LSM)四、激光外表合金化(LSA)五、激光外表冲击硬化(LSH)六、激光外表熔覆七、激光施袖八、激光退火九、激光气相沉积十、激光外表处理过程中的剩余应力第三章：激光外表处理技术、应用及其国内外开展现状一、激光淬火二、激光外表熔凝三、激光外表合金化四、激光外表熔敷五、激光冲击硬化六、气相沉淀第四章：激光外表改良技术术存在问题和前景展望一、存在问题二、前景展望参考文献第一章绪论一、选题目的及意义.激光的出现时近代物理学的一个重大进展。
国内外工业激光现状与发展趋势
国内外工业激光现状与发展趋势第一篇：国内外工业激光现状与发展趋势国内外工业激光现状与发展趋势1．国外工业激光现状与趋势国外以美、德、日为代表的几个发达国家在激光加工产业领域的发展速度惊人，它们在主要的大型制造产业，如汽车、电子、机械、航空、钢铁等行业中基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代，进入“光制造”时代。
激光在工业制造中所显示出的低成本、高效率以及应用的巨大潜力，成为世界主要工业国家间互相竞争的动力，纷纷将激光技术作为本国重要的尖端技术给予积极支持，加紧制定国家级激光产业发展计划。
美国通过其“精密激光机械加工(PLM)协会”来激励其新工艺技术的发展，力求使美国工业激光器技术在世界上处于领先的地位，并在世界市场中获得较大的份额。
德国在1994-2002年制订了国家激光发展计划，促使德国激光器和激光工业应用后来居上，位于世界领先地位。
激光设备在德国汽车和机械制造中的广泛应用，使其在这些领域内的竞争能力近年来得到显著提高。
并制订了德国“2002-2006光学促进计划”，将激光技术作为重中之重，认为未来所有制造加工业中有12%以上的加工工艺需要用激光技术来替代。
除此之外，英国“阿维尔计划”、日本“激光研究五年计划”，甚至俄罗斯、韩国、新加坡、印度也制订有专门的激光技术发展计划。
根据国际激光行业权威刊物《LASER FOCUS WORLD》每年发布的统计资料表明，全球激光器产业市场发展迅猛，激光产品销售每年平均以高于10%的速度增长，并呈现出加速增长的趋势。
2008年世界激光产业仅激光器（不包括广泛用于通信和家电的半导体激光器）年产值就超过了70亿美元，激光加工装备年产值超过了130亿美元。
激光工业装备制造企业由研究型的单台特种设备制造企业，发展到标准化、规模化生产的跨国公司。
国外许多知名激光企业均通过兼并重组快速发展壮大。
德国通快公司(Trumpf)通过兼并、重组，成为拥有7家从事激光产品生产的企业，成为当今世界上激光装备制造产业的霸主。
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激光表面改性技术及国内外发展现状
作者：应小东， 李午申， 冯灵芝
作者单位：天津大学材料科学与工程学院,300072
刊名：
焊接
英文刊名：WELDING & JOINING
年，卷(期)：2003(1)
被引用次数：29次
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29.黄为单片微机控制的激光熔覆同步送粉器研究[学位论文]硕士 2005
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