激光加工技术PPT课件
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激光加工技术PPT课件
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1—激 光 ； 2—被 焊 接 零 件 ； 3—被 熔 化 金 属 ； 4—已 冷 却 的 熔 池
图7-12 激光焊接过程示意图
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（四）激光表面处理 当激光的功率密度约为103～105 W/cm2时，便可实现对铸铁、 中碳钢，甚至低碳钢等材料进行激光表面淬火。淬火层深度一般为0.7～1.1 mm，淬火层硬度比常规淬火约高20%。激光淬火变形小，还能解决低碳钢 的表面淬火强化问题。图7-13为激光表面淬火处理应用实例。
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被激发到高能级的原子一般是很不稳定的，它总是力图回到能量较 低的能级去，原子从高能级回落到低能级的过程，称为“跃迁”。
在基态时，原子可以长时间的存在，而在激发状态的各种高能级的 原子停留的时间一般都较短。但有些原子或离子的高能级或次高能级却有着 较长的寿命，这种寿命较长的较高能级，称为亚稳定能级。
内的200 多种疾病。
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谢谢大家
第34页/共35页
谢谢您的观看！
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第14页/共35页
固体激光器的基本结构示意图
第15页/共35页
封离式CO2激光器结构示意图
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（二）导光聚焦系统 根据被加工工件的性能要求，光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部 位，这种从激光器输出窗口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。 （三）激光加工系统 激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及机 电控制系统等。随着电子技术的发展，许多激光加工系统已采用计算机来控制 工作台的移动，实现激光加工的连续工作。
激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新兴科学，在材料加工 方面，已逐步形成一种崭新的加工方法——激光加工（简称LBM lasser beam machining）。激光加工可以用于打孔、切割、焊接、热处理等各 个领域。
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1—激 光 ； 2—被 焊 接 零 件 ； 3—被 熔 化 金 属 ； 4—已 冷 却 的 熔 池
图7-12 激光焊接过程示意图
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（四）激光表面处理 当激光的功率密度约为103～105 W/cm2时，便可实现对铸铁、 中碳钢，甚至低碳钢等材料进行激光表面淬火。淬火层深度一般为0.7～1.1 mm，淬火层硬度比常规淬火约高20%。激光淬火变形小，还能解决低碳钢 的表面淬火强化问题。图7-13为激光表面淬火处理应用实例。
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被激发到高能级的原子一般是很不稳定的，它总是力图回到能量较 低的能级去，原子从高能级回落到低能级的过程，称为“跃迁”。
在基态时，原子可以长时间的存在，而在激发状态的各种高能级的 原子停留的时间一般都较短。但有些原子或离子的高能级或次高能级却有着 较长的寿命，这种寿命较长的较高能级，称为亚稳定能级。
内的200 多种疾病。
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固体激光器的基本结构示意图
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封离式CO2激光器结构示意图
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（二）导光聚焦系统 根据被加工工件的性能要求，光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部 位，这种从激光器输出窗口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。 （三）激光加工系统 激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及机 电控制系统等。随着电子技术的发展，许多激光加工系统已采用计算机来控制 工作台的移动，实现激光加工的连续工作。
激光技术是20世纪60年代初发展起来的一门新兴科学，在材料加工 方面，已逐步形成一种崭新的加工方法——激光加工（简称LBM lasser beam machining）。激光加工可以用于打孔、切割、焊接、热处理等各 个领域。
激光加工技术ppt课件
固体激光器一般采用光激励，能量转化环节多，光的激 励能量大部分转换为热能，所以效率低。为了避免固体 介质过热，固体激光器通常多采用脉冲工作方式并用合 适的冷却装置，较少采用连续工作方式。由于其具有结 构紧凑、牢固耐用、使用维护方便、价格较低等特点， 所以在激光打孔、焊接、切割、划片、热处理及半导体 加工技术中得到广泛应用。
激光加工技术
主要内容
激光的产生及特性
激光加工的原理和特点
激光加工的基本设备 激光加工工艺及应用 发展趋势及展望
激光加工技术
自然界存在着自发辐射和受激辐射两种不同的发光 方式，前者发出的光是随处可见的普通光，后者发出的 光便是激光。 激光如果通过透镜将其聚焦成直径为几十微米到几微 米的极小光斑，使能获得极高的能量密(108——1010W ／cm2)。当激光照射在工件表面时，光能被工件吸收并 迅速转化为热能，光斑区的温度可达10000℃以上，使 材料熔化甚至气化，这就是激光加工 。
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激光通过光学系统聚焦后可得到柱状或 带状光束，而且光束的粗细可根据加工需要调 整，当激光照射在工件的加工部位时，工件材 料迅速被熔化甚至气化。随着激光能量的不断 被吸收，材料凹坑内的金属蒸气迅速膨胀，压 力突然增大，熔融物爆炸式地高速喷射出来， 在工件内部形成方向性很强的冲击波。因此， 激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和 受冲击波抛出的综合作用过程。
1960年美国研制成功世界上第一台可用激光加 工的激光器，截止今天激光加工已形成一种重要的 新兴产业。
1.激光的产生及特性
• 1.1 激光的产生 • 光的产生与光源内部原子运动状态有关，原子内 的原子核和核外电子间存在着吸引和排斥的矛盾 ，电子按一定的半径的轨道围绕原子核运动。当 原子接受一定的外来的能量或向外释放一定的能 量时，核外电子的运动轨道半径将发生变化，即 产生能级变化，当被激发到高能级，但这时的原 子不稳定总是试图回到低能级，当原子从高能级 跃迁到低能级时，常常以光子的形式辐射出光能 量，这就是发光的原理。
先进制造技术5激光加工.ppt
（2）钕玻璃激光器 工作介质为掺有少量氧化钕的 非晶体硅酸玻璃，发射λ=1.06μm的红外激光；
（3）掺钕钇铝石榴石（YAG）激光器 工作介质为 掺有1.5％左右钕的钇铝石榴石晶体，发射 λ=1.06μm的红外激光。
二、激光加工常用激光器
（二）气体激光器
一般采用电激励，效率高、寿命长、连续输出功率大， 广泛用于切割、焊接、热处理等加工。常用于材料加工 的气体激光器有二氧化碳激光器、氩离子激光器等：
一、激光打孔
3. 焦点位置
一、激光打孔
4. 光斑内的能量分布
一、激光打孔
5. 激光的照射次数
一、激光打孔
6. 工件材料
二、激光切割
原理
激光切割的原理和激光打孔原理基本相同。所不同的是， 工件与激光束要相对移动。
激光器
采用重复频率较高的脉冲激光器或连续输出的激光器。
但连续输出的激光束会因热传导而使切割效率降低，同 时热影响层也较深。因此，在精密机械加工中，一般都 采用高重复频率的脉冲激光器。
五、激光热处理
激光热处理与火焰淬火，感应淬火等成熟工艺相比具有以 下优点： （1）加热快、热影响小、工件变形小； （2）可以对形状复杂的零件或局部处理，如盲孔底等； （3）因加热点小，散热快，形成自淬火，不需冷却介 质。不仅节省能源，并且工作环境清洁。
缺点 硬化层浅，一般小于1mm，只是一种表面处理方法。
100至1000W
打孔、焊接
打孔、切割、 焊接、微调
脉冲 连续
几J
几十至几千 W
切割、焊接、 热处理、微调
光盘录刻存贮
二、激光加工常用激光器
（一）固体激光器
组成
二、激光加工常用激光器
二、激光加工常用激光器
（3）掺钕钇铝石榴石（YAG）激光器 工作介质为 掺有1.5％左右钕的钇铝石榴石晶体，发射 λ=1.06μm的红外激光。
二、激光加工常用激光器
（二）气体激光器
一般采用电激励，效率高、寿命长、连续输出功率大， 广泛用于切割、焊接、热处理等加工。常用于材料加工 的气体激光器有二氧化碳激光器、氩离子激光器等：
一、激光打孔
3. 焦点位置
一、激光打孔
4. 光斑内的能量分布
一、激光打孔
5. 激光的照射次数
一、激光打孔
6. 工件材料
二、激光切割
原理
激光切割的原理和激光打孔原理基本相同。所不同的是， 工件与激光束要相对移动。
激光器
采用重复频率较高的脉冲激光器或连续输出的激光器。
但连续输出的激光束会因热传导而使切割效率降低，同 时热影响层也较深。因此，在精密机械加工中，一般都 采用高重复频率的脉冲激光器。
五、激光热处理
激光热处理与火焰淬火，感应淬火等成熟工艺相比具有以 下优点： （1）加热快、热影响小、工件变形小； （2）可以对形状复杂的零件或局部处理，如盲孔底等； （3）因加热点小，散热快，形成自淬火，不需冷却介 质。不仅节省能源，并且工作环境清洁。
缺点 硬化层浅，一般小于1mm，只是一种表面处理方法。
100至1000W
打孔、焊接
打孔、切割、 焊接、微调
脉冲 连续
几J
几十至几千 W
切割、焊接、 热处理、微调
光盘录刻存贮
二、激光加工常用激光器
（一）固体激光器
组成
二、激光加工常用激光器
二、激光加工常用激光器
先进制造技术激光加工技术ppt
激光加工技术在先进制造中的发展前景
01
精密制造与超精密制造
随着制造业的不断升级，精密制造与超精密制造已成为发展的重要趋
势。激光加工技术能够实现高精度、高质量的制造，如光学元件、半
导体芯片等精密器件的制造，具有广泛的应用前景。
02
柔性制造与个性化定制
随着消费者需求的多样化，柔性制造与个性化定制已成为制造业的重
技术要求高
激光加工技术的操作需要专业的技术人员，对技术人员的技能 要求较高。
加工材料有限
激光加工技术适用于金属、塑料等材料，对于一些特殊材料， 如玻璃、陶瓷等则较难实现加工。
如何克服激光加工技术的局限性
加强技术研发
通过加强技术研发，不断优化激光加工技术的设备及工 艺，降低成本，提高效率。
加强技术培训
激光加工技术的特点
高能量密度、高精度、低热影响区、加工速度快、可加工材 料范围广、加工质量好等。
激光加工技术的发展历程
第一阶段
第二阶段
20世纪60年代，激光器的诞生，标志着激 光加工技术的开始。
20世纪70年代，激光加工技术开始进入工 业应用，出现了激光切割、焊接、表面处理 等技术。
第三阶段
第四阶段
先进制造技术激光加工技术ppt
xx年xx月xx日
目录
• 激光加工技术概述 • 激光加工技术在先进制造中的应用 • 激光加工技术的工艺及设备 • 激光加工技术的优势及局限性 • 激光加工技术在先进制造中的发展趋势和前景 • 案例分析
01
激光加工技术概述
激光加工技术的定义与特点
激光加工技术的定义
激光加工技术是一种利用高能激光束照射在材料表面，实现 材料熔化、汽化、冲击等过程，从而对材料进行切割、焊接 、表面处理、打孔等加工的技术。
《激光加工技术》课件
记技术
详细描述
激光打标是利用高能激光束在材料表面进行刻划或烧蚀出文字、图案等标记。 该技术具有标记清晰、永久、不易磨损等优点，广泛应用于产品标识、防伪鉴 别等领域。
激光熔覆
总结词
高效、耐磨的表面改性技术
详细描述
激光熔覆是利用高能激光束将熔覆材料快速熔化并覆着在材料表面，形成一层具有特殊 性能的熔覆层。该技术具有熔覆层质量高、与基体结合力强等优点，广泛应用于机械零
02
激光加工技术的基本设备
激光器
激光器是激光加工技术的核心设备，负责产生高能激光 束。
激光器的性能参数包括输出功率、光束质量、波长等， 直接影响加工效果。
激光器的种类繁多，常见的有气体激光器、固体激光器 和光纤激光器等。
激光器的维护和保养对于保证其稳定性和寿命至关重要 。
光学系统
01
光学系统是用来传输和聚焦激光束的装置，通常包括反射镜、 透镜和光束扩展器等。
措施。
如何克服激光加工技术的局限性
降低设备成本
通过技术进步和规模化生产，降低激光加工设备 的成本，使其更适用于中小型企业。
拓展材料适用性
研究新的激光加工技术和工艺，拓展激光加工技 术的材料适用性。
ABCD
提高技术水平
加强技术研发和人才培养，提高激光加工技术的 水平和应用范围。
加强安全管理
建立健全的安全管理制度和操作规程，加强安全 培训和教育，确保操作人员的安全。
02
光学系统的设计和制造精度直接影响激光加工的精度和效果。
光学系统的清洁和维护对于保证其性能和稳定性非常重要。
03
加工机床
1
加工机床是用来固定和加工工件的设备，通常具 有高精度和高稳定性的特点。
详细描述
激光打标是利用高能激光束在材料表面进行刻划或烧蚀出文字、图案等标记。 该技术具有标记清晰、永久、不易磨损等优点，广泛应用于产品标识、防伪鉴 别等领域。
激光熔覆
总结词
高效、耐磨的表面改性技术
详细描述
激光熔覆是利用高能激光束将熔覆材料快速熔化并覆着在材料表面，形成一层具有特殊 性能的熔覆层。该技术具有熔覆层质量高、与基体结合力强等优点，广泛应用于机械零
02
激光加工技术的基本设备
激光器
激光器是激光加工技术的核心设备，负责产生高能激光 束。
激光器的性能参数包括输出功率、光束质量、波长等， 直接影响加工效果。
激光器的种类繁多，常见的有气体激光器、固体激光器 和光纤激光器等。
激光器的维护和保养对于保证其稳定性和寿命至关重要 。
光学系统
01
光学系统是用来传输和聚焦激光束的装置，通常包括反射镜、 透镜和光束扩展器等。
措施。
如何克服激光加工技术的局限性
降低设备成本
通过技术进步和规模化生产，降低激光加工设备 的成本，使其更适用于中小型企业。
拓展材料适用性
研究新的激光加工技术和工艺，拓展激光加工技 术的材料适用性。
ABCD
提高技术水平
加强技术研发和人才培养，提高激光加工技术的 水平和应用范围。
加强安全管理
建立健全的安全管理制度和操作规程，加强安全 培训和教育，确保操作人员的安全。
02
光学系统的设计和制造精度直接影响激光加工的精度和效果。
光学系统的清洁和维护对于保证其性能和稳定性非常重要。
03
加工机床
1
加工机床是用来固定和加工工件的设备，通常具 有高精度和高稳定性的特点。
激光加工课件
激光加工课件一、激光介绍1.1 激光的产生1.1.1光的物理状态㈠光的电磁学说：在一定波长范围内的电磁波。
λ——波长 C ——频率 V ——波速 ㈡光的量子说：光是在一定波长范围内的电磁波，一种具有一定能量的以光速运动的粒子流（光子）。
不同频率的光对应不同能量的光子。
E ——光子能量；v ——光的频率；h ——普朗克常数；1.1.2原子的发光㈠基态：电子在最靠近原子核的轨道上运动时，原子所处的能级状态称为基态。
㈡激发态：当外界传给原子一定的能量时，原子的内能增加，外层电子的轨道半径扩大，被激发到高能级，称为激发态（高能态）。
㈢跃迁：原子从高能级回到低能级的过程称为“跃迁”。
被激发到高能级的原子不是很稳定，总是力图回到能量较低的能级去。
具有亚稳态能级的原子和离子的存在是形成激光的重要条件。
㈣光辐射：当原子从高能级跃迁回到低能级或基态时，常常以光子的形式辐射出光能量。
㈤自发辐射：原子从高能级自发地跃迁到低能级而发光的过程称为自发辐射。
（日光灯发光）各受激原子跃迁回到基态的时序先后不一，且具有多个能级，因此方向性、单色性都很差。
㈥受激辐射：满足一定频率要求的一束光入射到具有大量激发态原子的系统中，刺激处在激发能级上的原子跃迁回到低能级，同时发出一束与入射光具有相同特性（频率、相位、传播方向、偏振方向等）的光。
1.1.3激光产生的条件㈠粒子数反转：具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发条件下，吸收光能，使处于亚稳态（高能级）的原子数目大于处于基态（低能级）的原子数目的现象。
㈡受激辐射：在粒子数反转的状态下，一束光子入射该物体，当光子能量恰好等于两个能级相对应的能量差时，产生受激辐射，输出大量光能。
㈢激光具有一般光的共性（反射、折射、干涉等），也有其特性。
（受激辐射） c v λ=E hv=()1n v E E h =-强度、亮度和能量密度高：一台红宝石激光器的亮度是太阳表面亮度的两百多亿倍。
空间上和时间上的集中。
激光加工专业技术PPT文档37页
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
激光加工专业技术4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
37
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
激光加工专业技术4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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基材之间的线膨胀系数的差异，所以在选择涂层材料时首先要考 虑涂层与基材在线膨胀系数上的匹配，考虑涂层与基材的线膨胀 系数差异对涂层的结合强度、抗热震性能，特别是抗开裂性能的 影响。目前，大多数研究都是根据激光熔覆层与基材线膨胀系数 的匹配原则进行熔覆材料的选择及成分设计的。传统的观点认为， 为防止涂层开裂和剥落，涂层和基材的线膨胀系数应满足同一性 原则，即二者应尽可能地接近，考虑到激光熔覆的工艺特点，基 材和涂层的加热和冷却过程不同步，熔覆层的线膨胀系数在一定 范围内越小，熔覆层对开裂越不敏感。
(2) 复合粉末 在滑动、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下，单纯的Ni基、Co基、 Fe基自熔性合金己不能胜任使用要求，此时可在上述的自熔性合金粉 末中加入各种高熔点的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷颗粒， 制成了金属复合涂层。 复合粉末包括自粘性复合粉末和碳化物复合粉末。它们按照结构 可以分为包覆型和非完全包覆型，其区别在于芯核粉末是否被包覆粉 末包住。包覆型由于芯核粉末受到包覆粉末的保护，可以避免在高温 时发生部分元素的氧化烧损、挥发等现象。按照功能分又可以分为硬 质耐磨复合粉末(如Co/WC，Ni/WC)、耐高温复合粉末、耐腐蚀抗氧化 复合粉末、减磨润滑复合粉末等。
从而获得氧化物含量相对低、气孔率少的熔覆层。自熔性合金材料 的硬度与合金的含硼量和含碳量有关，硬度随着硼、碳含量的增加 而增高，这是因为硼和碳与合金中的镍、铬等元素形成了硬度极高 的硼化物和碳化物。铁基合金适用于局部耐磨损且容易变形的零件。 铁基合金涂层的基材采用铸铁和低碳钢；镍基合金适合于局部耐磨、 耐热腐蚀的零件，所需要的激光功率密度也比熔覆铁基合金的高； 钴基合金涂层适合于要求耐磨耐腐蚀和抗疲劳的零件。自熔性合金 对基材有较大的适应性，可用于碳钢、合金钢、不锈钢以及铸铁等 多类材料。自熔性合金材料的粉末分类及其特点见下表。
通常激光重熔覆层工艺都希望得到如下结果： a）结合强度高，即要求界面处涂层与基体有良好的冶金结合； b）重熔层平整、缺陷少，即要求重熔层熊充分熔合、脱氧，变得 均匀密实； c）涂层不被基体稀释或仅有轻微的稀释，以保持涂层材料特有的 高强度或者说要求避免基体和涂层的混合。
2、激光熔覆材料
(一) 激光熔覆材料设计的一般原则 (1) 激光熔覆材料与基材线膨胀系数的匹配 激光熔覆层中产生开裂、裂纹的重要原因之一是熔覆合金与
(2) 激光熔覆材料与基材熔点的匹配 在激光熔覆技术中，需要对涂层材料关注的另一重要的热物
理性质是其熔点。熔覆合金与基体材料的熔点之间差异过大，形 成不了良好的冶金结合。
(3) 激光熔覆材料对基材的润湿性 除了考虑熔覆材料的热物理性能外，还应考虑其在激光快速
加热下的流动性、化学稳定性，硬化相质点与新结相金属的润湿 性以及高温快冷时的相变特性等。熔覆过程中，润湿性也是一个 重要的因素。特别是要获得满意的金属陶瓷涂层，必须保证金属 相和陶瓷相具有良好的润湿性。在提高润湿性方面，主要基于以 下原则：
第十二讲 激光加工技术(三) 段作梁
主要内容ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
12.1 概述 12.2 激光切割 12.3 激光焊接 12.4 激光淬火 12.5 激光熔覆与激光合金化 12.6 激光微细加工
12.5 激光熔覆与激光合金化
一、激光熔覆
1、激光熔覆技术
激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是材料表面改性技术的一种 重要方法，它是利用高能激光束(104-106W/cm2)在金属表面辐照，通过 迅速熔化、扩展和迅速凝固，冷却速度通常达到102-104℃/s，在基材 表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，从而构成一种 新的复合材料，以弥补机体所缺少的高性能，这种复合材料能充分发 挥两者的优势，弥补相互间的不足。对于某些共晶合金，甚至能得到 非晶态表层，具有极好的抗腐蚀性能。
激光熔覆根据工件的工况要求，熔覆各种设计的成分的金属或者 非金属，制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁 特性的表面覆层。与工业中常用的堆焊、热喷涂和等离子喷焊等相比， 激光熔覆有着下列优点：
① 熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高； ② 涂层晶粒细小，结构致密，所以其硬度一般相对比较高，耐磨 损、耐腐蚀等性能也比较好； ③ 由于激光作用时间短(ns级)，熔覆层稀释率低，基材的熔化量 比较小，对熔覆层的冲淡率相对低(常规为5%-8%)，因此可在熔覆层比 较薄的情况下，获得所要求的成分和性能，从而节约昂贵的覆层材料； ④ 高达106℃/s的冷却速度使凝固组织细化，甚至产生新性能的 组织结构超弥散相、非晶相等； ⑤ 激光熔覆过程易实现自动化生产，且覆层质量稳定。
① 选择适宜的激光熔覆工艺参数，如提高熔覆温度，以降低 覆层金属液体的表面能。
② 改变基体的化学成分。最有效的方法是向基体中添加合金 元素，如在Cu/Al2O3体系中加入Ti提高相间润湿性，在基体中添加 活性元素Hf等也有利于提高基体与颗粒之间的润湿性。
③ 改善陶瓷粒子的表面状态和结构，即对熔覆用陶瓷颗粒进 行表面处理，以提高其表面能。常用的处理方法有机械、物理和化 学清洗、电化学抛光和涂覆等。如在A1基复合材料中，用Ag浸润于 陶瓷表面形成胶状熔体而构成Ag涂层，而Ag与Al有很好的润湿性， 从而形成了Al与陶瓷间良好的润湿与结合。
(二) 熔覆材料的分类及特点 激光熔覆采用的材料主要是热喷涂类材料和热喷焊类材料，这些
材料包括自熔性合金材料、碳化物弥散或者复合材料、陶瓷材料等， 这些材料具有优异的耐磨、耐腐蚀性能，并通常以粉末的形式使用， 熔覆时采用火焰喷焊。
(1) 自熔性合金材料 自熔性合金材料按基体不同可分为镍基合金、钴基合金和铁基 合金。其主要特点是都含有硅和硼，所以具有自我脱氧和自我造渣 的性能，这就是所谓的自熔剂。 自熔性合金材料原理是合金被重熔时，硅和硼分别形成Si02和 B202，并在熔覆层表面形成薄膜。这种薄膜一方面能防止合金中的 元素被氧化，另一方面又能与这些元素的氧化物形成硼化酸熔渣，
(2) 复合粉末 在滑动、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下，单纯的Ni基、Co基、 Fe基自熔性合金己不能胜任使用要求，此时可在上述的自熔性合金粉 末中加入各种高熔点的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷颗粒， 制成了金属复合涂层。 复合粉末包括自粘性复合粉末和碳化物复合粉末。它们按照结构 可以分为包覆型和非完全包覆型，其区别在于芯核粉末是否被包覆粉 末包住。包覆型由于芯核粉末受到包覆粉末的保护，可以避免在高温 时发生部分元素的氧化烧损、挥发等现象。按照功能分又可以分为硬 质耐磨复合粉末(如Co/WC，Ni/WC)、耐高温复合粉末、耐腐蚀抗氧化 复合粉末、减磨润滑复合粉末等。
从而获得氧化物含量相对低、气孔率少的熔覆层。自熔性合金材料 的硬度与合金的含硼量和含碳量有关，硬度随着硼、碳含量的增加 而增高，这是因为硼和碳与合金中的镍、铬等元素形成了硬度极高 的硼化物和碳化物。铁基合金适用于局部耐磨损且容易变形的零件。 铁基合金涂层的基材采用铸铁和低碳钢；镍基合金适合于局部耐磨、 耐热腐蚀的零件，所需要的激光功率密度也比熔覆铁基合金的高； 钴基合金涂层适合于要求耐磨耐腐蚀和抗疲劳的零件。自熔性合金 对基材有较大的适应性，可用于碳钢、合金钢、不锈钢以及铸铁等 多类材料。自熔性合金材料的粉末分类及其特点见下表。
通常激光重熔覆层工艺都希望得到如下结果： a）结合强度高，即要求界面处涂层与基体有良好的冶金结合； b）重熔层平整、缺陷少，即要求重熔层熊充分熔合、脱氧，变得 均匀密实； c）涂层不被基体稀释或仅有轻微的稀释，以保持涂层材料特有的 高强度或者说要求避免基体和涂层的混合。
2、激光熔覆材料
(一) 激光熔覆材料设计的一般原则 (1) 激光熔覆材料与基材线膨胀系数的匹配 激光熔覆层中产生开裂、裂纹的重要原因之一是熔覆合金与
(2) 激光熔覆材料与基材熔点的匹配 在激光熔覆技术中，需要对涂层材料关注的另一重要的热物
理性质是其熔点。熔覆合金与基体材料的熔点之间差异过大，形 成不了良好的冶金结合。
(3) 激光熔覆材料对基材的润湿性 除了考虑熔覆材料的热物理性能外，还应考虑其在激光快速
加热下的流动性、化学稳定性，硬化相质点与新结相金属的润湿 性以及高温快冷时的相变特性等。熔覆过程中，润湿性也是一个 重要的因素。特别是要获得满意的金属陶瓷涂层，必须保证金属 相和陶瓷相具有良好的润湿性。在提高润湿性方面，主要基于以 下原则：
第十二讲 激光加工技术(三) 段作梁
主要内容ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
12.1 概述 12.2 激光切割 12.3 激光焊接 12.4 激光淬火 12.5 激光熔覆与激光合金化 12.6 激光微细加工
12.5 激光熔覆与激光合金化
一、激光熔覆
1、激光熔覆技术
激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是材料表面改性技术的一种 重要方法，它是利用高能激光束(104-106W/cm2)在金属表面辐照，通过 迅速熔化、扩展和迅速凝固，冷却速度通常达到102-104℃/s，在基材 表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，从而构成一种 新的复合材料，以弥补机体所缺少的高性能，这种复合材料能充分发 挥两者的优势，弥补相互间的不足。对于某些共晶合金，甚至能得到 非晶态表层，具有极好的抗腐蚀性能。
激光熔覆根据工件的工况要求，熔覆各种设计的成分的金属或者 非金属，制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁 特性的表面覆层。与工业中常用的堆焊、热喷涂和等离子喷焊等相比， 激光熔覆有着下列优点：
① 熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高； ② 涂层晶粒细小，结构致密，所以其硬度一般相对比较高，耐磨 损、耐腐蚀等性能也比较好； ③ 由于激光作用时间短(ns级)，熔覆层稀释率低，基材的熔化量 比较小，对熔覆层的冲淡率相对低(常规为5%-8%)，因此可在熔覆层比 较薄的情况下，获得所要求的成分和性能，从而节约昂贵的覆层材料； ④ 高达106℃/s的冷却速度使凝固组织细化，甚至产生新性能的 组织结构超弥散相、非晶相等； ⑤ 激光熔覆过程易实现自动化生产，且覆层质量稳定。
① 选择适宜的激光熔覆工艺参数，如提高熔覆温度，以降低 覆层金属液体的表面能。
② 改变基体的化学成分。最有效的方法是向基体中添加合金 元素，如在Cu/Al2O3体系中加入Ti提高相间润湿性，在基体中添加 活性元素Hf等也有利于提高基体与颗粒之间的润湿性。
③ 改善陶瓷粒子的表面状态和结构，即对熔覆用陶瓷颗粒进 行表面处理，以提高其表面能。常用的处理方法有机械、物理和化 学清洗、电化学抛光和涂覆等。如在A1基复合材料中，用Ag浸润于 陶瓷表面形成胶状熔体而构成Ag涂层，而Ag与Al有很好的润湿性， 从而形成了Al与陶瓷间良好的润湿与结合。
(二) 熔覆材料的分类及特点 激光熔覆采用的材料主要是热喷涂类材料和热喷焊类材料，这些
材料包括自熔性合金材料、碳化物弥散或者复合材料、陶瓷材料等， 这些材料具有优异的耐磨、耐腐蚀性能，并通常以粉末的形式使用， 熔覆时采用火焰喷焊。
(1) 自熔性合金材料 自熔性合金材料按基体不同可分为镍基合金、钴基合金和铁基 合金。其主要特点是都含有硅和硼，所以具有自我脱氧和自我造渣 的性能，这就是所谓的自熔剂。 自熔性合金材料原理是合金被重熔时，硅和硼分别形成Si02和 B202，并在熔覆层表面形成薄膜。这种薄膜一方面能防止合金中的 元素被氧化，另一方面又能与这些元素的氧化物形成硼化酸熔渣，