激光表面改性技术研究
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2
God created the solids, the DEVIL their SURFACEs
---- Wolfgang Pauli
3
表面处理方法一览
机械处理 --- 喷丸、滚压 表面热处理 --- 火焰淬火、高频淬火、激光、电子束处理 表面化学热处理---渗碳、渗氮、渗硫、碳氮共渗、渗硼、渗铝、渗硅、渗铬 离子注入 激光冲击硬化 转化涂层 ---- 阳极氧化、磷酸盐处理 物理气相沉积PVD ---- 溅射, 弧离子镀, 高能束蒸发沉积 化学气相沉积CVD, 等离子体辅助化学气相沉积PCVD 凝胶- 溶胶法 SOL – GEL 电镀、化学镀、复合镀, 热浸镀 激光熔敷, 堆焊 热喷涂--- 等离子、电弧、火焰、超音速、爆炸 自蔓延涂层SHS (Self-propagating high-temperature synthesis) 黏结涂层 --- 静电喷涂、涂镀 表面织构化处理
Targets
Quartz window
Laser beam
LAD300 Laser Arc Deposition System
谢谢！
22
Transition band
Heat affected zone
机械密封表面的激光熔敷
www.mechanicalengineeringblog.com/.../
13
激光诱导改性
激光 新物质生成 基体
活性气体
激光诱发化学反应
表面图形
Ti
Al
14
激光蒸发沉积PLD
聚焦镜 透射窗 激光
真空室
靶材 蒸发粒子
Weight % 1 Element 2 1 2 3 4 5 6 7
C
O Si
25.9
10.1 2.76 0.71 4.71 55.7
5.65
6.88 3.67 0.72 4.29 73.4
8.94
8.98 3.67 0.72 4.29 73.4 0.37 1.11 3.02 93.9 0.71 0.90 2.83 95.5 0.67 0.91 1.53 96.9 36.4 18.2 1.16 36.1 8.02
4
3
Cr Mn Fe
激光与材料表面相互作用
改变表面 几何性质
改变表面材 料微观结构
表面材料 蒸发烧蚀
材料表面 其它效应
11
激光硬化 激光熔覆
激光在表面技 术中的应用
激光诱导改性 激光蒸发沉积 激光抛光 激光表面清洗
激光表面织构
12
激光相变硬化
激光熔覆
Melted zone
1300µm
Hardened zone
基体
http://www.nrl.navy.mil/techtransf er/common/getfile.php?id=166
15
激光抛光
16
激光表面清洗
污染物受热蒸发 表面污染 物吸收激 光能量 形成急剧膨胀的等 离子体，诱发冲击 波，使污染物弹射 离开表面
news.bbc.co.uk/.../html/1.stm
4
基 基 体 体
1960年 “受激发射光放大”
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation --- LASER
T. H. Maiman
www.unitten.org/.../LASER%20WEBPAGE.html
5
激光器种类： 固体、气体、液体、半导体、染料 脉冲、连续 红外、可见光、紫外 激光特点： 方向性 单色性 相干性
6
激光与材料表面相互作用
激光
部分反射
材料表面原子
部分吸收激发原 子和电子振动转 化为热能
部分传递
7
激光的高能量密度和快速
源自文库
1J 脉冲激光 脉宽 10ns 聚焦光斑直径 0.1mm
1千瓦 的电炉
1012
W/
cm2
3 W / cm2
约3 千亿倍
激光参数对表面质量的影响
9
激光参数对表面质量的影响
7 A
实验室科研探究课
第25单元
激光诱导表面改性技术研究
laser Induced Surface Modification
表面是指固体表层一个或数个原子层的区域。 由于表面粒子（分子或原子）没有邻居粒子， 使其物理性和化学性与固体内部明显不同。
http://baike.baidu.com/view/627227.htm百度百科
18
http://p2.iecool.com/show/347 /42473.htm
http://news.xinhuanet.com/tec h/2...65_1.htm
19
激光诱导真空弧沉积
Protection resistance Switch K1 Switch K2 Arc voltage DC voltage supply Temperature control Negative bias Substrate Vacuum chamber Target holder Electrode Particles Resistive heater Substrate holder Reflecting focusing mirror Gas inlet Capacitor C V A Arc current
17
激光表面织构
Bennett TD, et al, Marangoni mechanism in pulsed laser texturing of magnetic disk substrates, J.Heat Transfer – Transactions of of the ASME 119 (3) 589-596 1997.
God created the solids, the DEVIL their SURFACEs
---- Wolfgang Pauli
3
表面处理方法一览
机械处理 --- 喷丸、滚压 表面热处理 --- 火焰淬火、高频淬火、激光、电子束处理 表面化学热处理---渗碳、渗氮、渗硫、碳氮共渗、渗硼、渗铝、渗硅、渗铬 离子注入 激光冲击硬化 转化涂层 ---- 阳极氧化、磷酸盐处理 物理气相沉积PVD ---- 溅射, 弧离子镀, 高能束蒸发沉积 化学气相沉积CVD, 等离子体辅助化学气相沉积PCVD 凝胶- 溶胶法 SOL – GEL 电镀、化学镀、复合镀, 热浸镀 激光熔敷, 堆焊 热喷涂--- 等离子、电弧、火焰、超音速、爆炸 自蔓延涂层SHS (Self-propagating high-temperature synthesis) 黏结涂层 --- 静电喷涂、涂镀 表面织构化处理
Targets
Quartz window
Laser beam
LAD300 Laser Arc Deposition System
谢谢！
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Transition band
Heat affected zone
机械密封表面的激光熔敷
www.mechanicalengineeringblog.com/.../
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激光诱导改性
激光 新物质生成 基体
活性气体
激光诱发化学反应
表面图形
Ti
Al
14
激光蒸发沉积PLD
聚焦镜 透射窗 激光
真空室
靶材 蒸发粒子
Weight % 1 Element 2 1 2 3 4 5 6 7
C
O Si
25.9
10.1 2.76 0.71 4.71 55.7
5.65
6.88 3.67 0.72 4.29 73.4
8.94
8.98 3.67 0.72 4.29 73.4 0.37 1.11 3.02 93.9 0.71 0.90 2.83 95.5 0.67 0.91 1.53 96.9 36.4 18.2 1.16 36.1 8.02
4
3
Cr Mn Fe
激光与材料表面相互作用
改变表面 几何性质
改变表面材 料微观结构
表面材料 蒸发烧蚀
材料表面 其它效应
11
激光硬化 激光熔覆
激光在表面技 术中的应用
激光诱导改性 激光蒸发沉积 激光抛光 激光表面清洗
激光表面织构
12
激光相变硬化
激光熔覆
Melted zone
1300µm
Hardened zone
基体
http://www.nrl.navy.mil/techtransf er/common/getfile.php?id=166
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激光抛光
16
激光表面清洗
污染物受热蒸发 表面污染 物吸收激 光能量 形成急剧膨胀的等 离子体，诱发冲击 波，使污染物弹射 离开表面
news.bbc.co.uk/.../html/1.stm
4
基 基 体 体
1960年 “受激发射光放大”
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation --- LASER
T. H. Maiman
www.unitten.org/.../LASER%20WEBPAGE.html
5
激光器种类： 固体、气体、液体、半导体、染料 脉冲、连续 红外、可见光、紫外 激光特点： 方向性 单色性 相干性
6
激光与材料表面相互作用
激光
部分反射
材料表面原子
部分吸收激发原 子和电子振动转 化为热能
部分传递
7
激光的高能量密度和快速
源自文库
1J 脉冲激光 脉宽 10ns 聚焦光斑直径 0.1mm
1千瓦 的电炉
1012
W/
cm2
3 W / cm2
约3 千亿倍
激光参数对表面质量的影响
9
激光参数对表面质量的影响
7 A
实验室科研探究课
第25单元
激光诱导表面改性技术研究
laser Induced Surface Modification
表面是指固体表层一个或数个原子层的区域。 由于表面粒子（分子或原子）没有邻居粒子， 使其物理性和化学性与固体内部明显不同。
http://baike.baidu.com/view/627227.htm百度百科
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http://p2.iecool.com/show/347 /42473.htm
http://news.xinhuanet.com/tec h/2...65_1.htm
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激光诱导真空弧沉积
Protection resistance Switch K1 Switch K2 Arc voltage DC voltage supply Temperature control Negative bias Substrate Vacuum chamber Target holder Electrode Particles Resistive heater Substrate holder Reflecting focusing mirror Gas inlet Capacitor C V A Arc current
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激光表面织构
Bennett TD, et al, Marangoni mechanism in pulsed laser texturing of magnetic disk substrates, J.Heat Transfer – Transactions of of the ASME 119 (3) 589-596 1997.