激光束表面改性技术

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(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——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

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。

激光表面改性技术

激光增强电镀
激光化学气相沉积
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。（3）最大的优点在于明显改善材料的抗疲劳性能。
（由于激光冲击强化后使材料产生的变形很小，不产生热影响区，也不改变材料的表面粗糙度，非常适合于微孔区、焊缝热影响区等局部区域的表面强化。）
（4）与传统的喷丸、锻打相比，洁净、无公害，可处理圆角、拐角等部位
激光冲击硬化原理
1. 过程:材料表面局部升温、汽化、电离，产生高压力 (GPa)的等离子体膨胀，对材料表面造成冲击波或应力波。
➢ 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； ✓ 一对各种铁基合金，冲击后位相的转变如y相至α相转变，
也是材料硬度提高的一个原因。对不锈钢激光冲击处理后发现，马氏体的转变使表面硬度提高150%~200%； ✓ 一冲击处理后材料结构的改变例如缠结也能极大地提高表面硬度。
国内外现状与发展
➢ 1970年贝尔实验室首次开始 ➢ 两个方向:
一小能量，小光斑，短脉冲，如:20mJ YAG，脉宽150ps, 光斑直径0.1 mm, I=1012w/cm2；一高能量，超短脉冲；
➢ 主要研究方向:小功率、约束层，功率密度越来越高 ➢ 主要用水和玻璃作为约束层
一玻璃的阻扰高，但装夹困难且碎片难以收集一水操作方便

工程材料的激光加工与表面改性技术研究

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。

高能束表面改性技术

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国内自20世纪80年代以来激光相变硬化工艺的应用开发在车辆、机械、矿山、模具等方面也有许多成功的实例并建立了生产线,例如对汽车或拖拉机汽缸套内壁进行激光相变硬化处理，使汽缸套的使用寿命成倍提高。
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激光合金化与激光熔覆
激光合金化与熔覆是同一种类型的工艺，它们的区别仅在于，激光合金化所形成的合金层的成分是介于施加合金与基体金属之间的中间成分，即施加合金受到较大或一定的稀释。而激光熔敷则是除较窄的结合层外，施加合金基本保持原成分很少受到稀释。这些区别可以由被施加材料、施加合金成分、施加形式及量和激光工艺参数的改变来达到。
#2022
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电子束表面处理的特点
2.电子束表面改性工艺
1）电子束表面相变硬化
电子束表面相变硬化也称电子束表面淬火，是用高能量的电子束快速扫描工件，控制加热速度为103～105℃/s，使金属表面薄层被快速加热到相变点以上，此刻工件基体仍处于冷态。随着电子束的移开和热传导作用，表面热量迅速向工件心部或其他区域传递，高速冷却(冷却速度达108K／s～1010 K／s)产生马氏体等相变，在瞬间实现自冷淬火。
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扫描速度太慢，会导致金属表面温度超过熔点，或者加热深度过深，不能自冷淬火。扫描速度太快，则可能使表面达不到相变温度。功率密度则受激光器功率和和光斑尺寸的影响，功率密度太小，表面得不到足够的热量，不能达到所需的相变温度。
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常用的黑化处理方法有磷化法、碳素法和熔覆红外能量吸收材料(如胶体石墨、含炭黑和硅酸钠或硅酸钾的涂料等)。其中磷化法最好，其吸收率可达80%～90％，膜厚仅为5μm，具有较好的防锈性，激光处理后不用清除即可用来装配。
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3）电子束表面合金化
电子束表面合金化与激光表面合金化有些相似，将某些具有特殊性能的合金粉末或化合物粉末如B4C、WC等粉末预涂敷在金属的表面上，然后用电子束加热，或在电子束作用的同时加入所需合金粉末使其熔融在工件表面上，在表面形成与原金属材料的成分和组织完全不同的新的合金层，从而使零件或零件的某些部位提高耐磨性、耐蚀性、耐高温氧化的特种性能。

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。
谢谢观看请给高分
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。

激光表面改性技术应用讲解

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。

1、激光表面改性的技术特点激光表面改性是当前材料工程学科的重要方向之一，被誉为光加工时代的一个标志性技术，各国(尤其是发达国家)均予以重点发展。

其高效率、髙效益、高增长及低消耗、无污染的特点，符合材料加工的发展需要。

激光表面改性技术主要技术内容.

激光表面改性技术的内容
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光表面改性技术内容
教学目标通过本次课程的学习，了解激光表面改性技术主要内容与分类。
激光表面改性内容65Fra bibliotek2 1
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图1 作用时间与功率密度对应的改性内容
激光表面改性内容与分类
激光表面改性技术简图
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
小结
1、激光表面改性技术内容包括：激光相变硬化、激光表面熔化处理，激光冲击硬化 2、激光表面熔化可分为：激光合金化、激光熔覆、激光重熔、激光复合改性、激光上釉等
作业思考题
1、激光熔覆表面改性技术内容有哪些？ 2、激光相变硬化、激光熔覆、激光冲击硬化所需的激光功率密度大小是怎么排序的？

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。

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；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。

第六章表面改性技术

6.1.2 激光表面处理工艺
通过快磨试验、汽车台架试验与装车考核试验证明，活塞环的磨损量减少，使用寿命提高。
采用激光加热表面熔化--结晶处理灰铸铁，在白口区硬度达到1070～ 1210HV。美国阿尔科公司利用这种方法处理灰铸铁的凸轮轴等零件，表面形成莱氏体组织，硬度为52～54HRC。
6.1.2 激光表面处理工艺
激光表面冲击
激光物理气相沉积激光化学气相沉积激光电镀：阴极加热
6.1.2 激光表面处理工艺
1. 激光相变硬化：在固态下经受激光辐照，其表层被迅速加热到奥氏体温度以上，并在激光停止辐射后快速淬火得到马氏体组织的一种工艺。
加热和冷却速度高： 105～109℃/S
高硬度：比常规淬火提高15%～20%
螺杆压缩机转子是制冷机的关键部件，现多采用球墨铸铁制备而成，其主要失效形式是轴颈发生严重磨损。为此，采用激光相变硬化技术对轴颈进行强化处理。
6.1.2 激光表面处理工艺
螺杆压缩机转子轴颈激光相变硬化工艺：激光输出功率1.1kw，扫描速度
17mm/s，光斑直径4mm。效果：激光硬化区主要是由针状马氏体、
轨
刀具耐用度提高2.5～3.5倍，切削速度提高 7～8倍
比硼缸套寿命高25％，与活塞环配制寿命提高30％
较原来渗碳工艺减少工序，变形极小，成品率高
6.1.2 激光表面处理工艺
2. 激光表面熔凝处理：利用能量密度很高的激光束在金属表面连续扫描，使之迅速形成一层非常薄的熔化层，并且利用基体的吸热作用使熔池中的金属液以极高的速度冷却、凝固，从而使金属表面产生特殊的微观组织结构的一种表面改性技术。
6.1.2 激光表面处理工艺
（2）有色金属系在铝合金中加入合金元素的激光表面合

激光表面改性技术及其应用

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

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。

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。

金属氧化膜层具有优异的机械、化学和光学性能，可以应用于涂层、纳米加工、生物医学等领域。

通过化学溶解、阳极氧化、热处理、UV光照、激光加工等技术对金属氧化膜进行改性处理，可以得到不同功能的金属表面涂层或化学成分。

以上仅仅是几种表面改性技术，实际上还有许多新型的表面改性技术正在不断探索和研究中。

激光表面改性技术主要技术的特点讲解

激光表面改性技术的特点
课程：激光表面改性技术
主讲教师：林继兴
激光表面改性技术特点
教学目标通过本次课程的学习，了解激光表面改性技术的特点与优点。
激光表面改性技术特点
与常规表面处理方法相比， 1、加热迅速、且有自淬火作用
1）激光束能量密度高，功率密度＞106W/cm2，0.001~0.01s内把工件加热到1000 ℃以上。 2）当激光束离开加热区，冷的基体起到冷却剂的作用，获得自淬火效果，冷却速度＞
6、操作简单、效率高
激光具有良好的远距离传输性能，激光器不一定要靠近工件，更
适合于自动化控制的高效流水线生产。
小结
激光表面改性技术具有加热迅速，变形小，可现实局部选区处理，通用性强，无污染，操作简单、效率高等特点。
作业思考题
1、激光熔覆表面改性技术具有哪些特点？ 2、为什么激光表面处理后组织要比感应加热、火焰加热或比感应、火焰、炉中整体加热更细
图1 激光重熔硬化示意图
激光表面改性技术特点
2、变形量小 1）激光加热时，聚焦工件表面，加热快而自淬火，无大量余热排放 2）应力、应变小，表面氧化及脱碳作用小
图2 激光相变强化组织
激光表面改性技术特点
3、可实现形状复杂零件的局部选区表面处理
许多零件需要耐热、耐腐蚀的工件仅局限于某一区域，其他热处理方法很难做到局部处理。
图3轴类颈部激光熔覆
激光表面改性技术特点
4、通用性强 1）理论上，只要光能到达的地方，都可以处理。
窄深沟槽、拐角、盲孔、深孔、齿轮等感应、火焰加热难以实现的。 2）离较量在适当范围内功率密度相差不大，可以处理不规则或不平整表面
图4 柴油机缸套激光淬火
激光表面改性技术特点