激光表面表面处理技术及进展
激光技术在材料表面处理中的应用
激光技术在材料表面处理中的应用随着科学技术的发展，激光技术已经成为现代产业化生产和科学研究领域中不可或缺的一种重要手段。
作为一种高能量密度的光束，激光的应用领域十分广泛，从原子物理到生物医学，都有激光的身影。
在材料领域，激光技术也具有独特的优势，特别是在材料表面处理中的应用，可以帮助优化材料表面性能并提高材料的使用寿命。
一、激光技术在表面改性中的基本原理激光技术在材料表面处理中的应用，主要是通过激光与材料表面的相互作用来实现的，其基本原理是激光的高能量密度可以激发材料表面的原子和分子，使其发生化学、物理、热力学等方面的变化。
具体地说，可以通过以下几种方式实现材料表面改性：1. 激光熔覆（Laser cladding）：激光对工件表面进行扫描，使其局部区域的温度升高，材料表面开始熔化，在划定的熔化区域内加入合适的材料粉末，激光和粉末共同作用下，在工件表面形成一层新材料，使其表面性能发生变化。
2. 激光表面取样（Laser surface modification）：激光瞄准材料表面，通过光热相互作用，使表面材料脱除一层钝化层，进而暴露出活性原子，修改表面化学性质并增加表面粗糙度和表面活性，从而提升材料的附着性、耐磨性和耐腐蚀性等表面性能。
3. 激光刻蚀（Laser etching）：激光在材料表面划出图案、文字或图像，因为激光线的有效能量密度特别高，在表面材料上形成一定的切迹，从而实现表面形貌、颜色的微细调整。
特别是在制造微电子领域，激光刻蚀技术具有广泛应用。
到这里，读者应该对激光技术在材料表面处理中的基本原理和方式有了大概的了解。
下面，我们来说说激光技术在材料表面处理中的具体应用。
二、激光技术在材料表面处理中的应用实例（1）激光表面取样改性激光表面取样改性是通过激光加热局部区域，使其超过材料的熔点，从而使材料表面瞬间升温，并脱除表面氧化层，从而获得更好的表面附着性能和低粘附性。
例如，有研究发现，对于钢材，在激光处理后的表面粗糙度显著增加，疏水性油(切削液)的接触角也大幅度提高。
激光除锈技术的发展趋势
激光除锈技术的发展趋势激光除锈技术是一种利用激光器将物体表面的污垢、锈蚀物和涂层物去除的高效、环保、非接触式的表面处理技术。
随着科学技术的不断发展，激光除锈技术也在不断创新和进步。
下面将从激光除锈技术的应用领域、技术特点、存在的问题以及发展趋势等方面进行详细阐述。
首先，激光除锈技术的应用领域广泛。
激光除锈技术可以广泛应用于金属加工、电子产品、航空航天、轨道交通、文物修复、建筑装饰等领域。
例如，对于金属加工行业来说，激光除锈技术可以用于去除钢铁、不锈钢表面的锈蚀物，提高材料的表面质量和处理效果。
对于文物修复和建筑装饰行业来说，激光除锈技术可以去除建筑物外墙的污垢、涂层和老旧的油漆，使其恢复原来的美观。
其次，激光除锈技术具有许多独特的技术特点。
首先，激光除锈技术是一种非接触式的表面处理技术，能够避免物理接触对物体造成的损伤。
其次，激光除锈技术具有高效性和高精度性，可以快速且准确地去除各类污垢、锈蚀物和涂层物。
此外，激光除锈技术还具有无噪音、无振动、无污染等优点，对环境的影响较小。
然而，目前激光除锈技术还存在一些问题。
首先，激光除锈技术的设备成本较高，同时还需要专业人员操作，限制了其广泛应用的发展。
其次，激光除锈技术在去除涂层物方面存在一定的局限性，对于某些特殊涂层（如纳米涂层）的除去效果有待改进。
此外，激光除锈技术在一些特殊材料（如玻璃、塑料等）的除锈方面还存在一定的挑战。
针对上述问题，激光除锈技术的发展趋势如下：一是技术成熟性提升。
随着科学技术的不断进步，激光除锈技术的设备成本将逐渐降低，设备性能将得到进一步提升，操作简易化，使得激光除锈技术更易于广泛应用。
二是高效、高精度的除锈能力提升。
随着激光技术的发展，激光源的功率和能量密度将不断提高，激光除锈技术对各类污垢、锈蚀物和涂层物的除去能力将进一步提升。
三是多功能化的应用发展。
目前的激光除锈技术主要应用于金属材料的除锈，未来将拓展到更多的应用领域。
金属表面处理的新技术与新进展
金属表面处理的新技术与新进展金属表面处理技术是一门综合性学科，涉及到材料科学、化学、物理学等多个领域。
随着科技的进步和工业的发展，对金属表面处理技术的要求也越来越高。
本文将重点介绍近年来金属表面处理领域的新技术和进展。
1. 等离子体技术等离子体技术是在高温、高能量的条件下，通过电离气体产生等离子体，利用等离子体中的高能电子、离子和自由基等活性粒子对金属表面进行改性和处理的一种技术。
等离子体技术具有处理速度快、效果好、可控性强等优点，可以实现金属表面的清洁、刻蚀、氧化、涂层等处理。
2. 激光技术激光技术是利用高能量的激光束对金属表面进行处理的一种技术。
激光技术具有能量密度高、聚焦性好、加工精度高等优点，可以实现金属表面的精密加工和微结构制造。
近年来，激光技术的应用范围不断扩大，包括激光切割、激光焊接、激光打标、激光雕刻等。
3. 电化学技术电化学技术是利用电解质溶液中的电场作用，使金属表面发生化学反应，实现金属表面的处理和改性。
电化学技术具有处理效果稳定、可控性强、环保等优点，广泛应用于金属的腐蚀防护、表面涂层、表面硬化等领域。
4. 纳米技术纳米技术是利用纳米材料的特殊性质，对金属表面进行处理和改性的一种技术。
纳米技术可以实现金属表面的纳米结构制造，具有提高金属表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等优点。
近年来，纳米技术在金属表面处理领域的应用得到了广泛的关注和研究。
5. 生物表面处理技术生物表面处理技术是利用生物体的特殊性质，对金属表面进行处理和改性的一种技术。
生物表面处理技术可以实现金属表面的生物功能化，具有提高金属表面的生物相容性、抗菌性等优点。
生物表面处理技术在医疗、生物制造等领域具有广泛的应用前景。
以上介绍了金属表面处理领域的一些新技术和新进展。
这些技术和进展为金属表面的处理提供了更多的选择和方法，也推动了金属表面处理技术的发展和创新。
后续内容将详细介绍每种技术的原理、应用实例和发展趋势等。
6. 紫外光固化技术紫外光固化技术是利用紫外光的能量，使金属表面的涂层材料在短时间内快速固化的一种技术。
激光熔覆技术研究现状及其发展
激光熔覆技术研究现状及其发展一、本文概述激光熔覆技术，作为一种先进的表面处理技术，近年来在材料科学、机械制造、航空航天等领域引起了广泛关注。
本文旨在全面综述激光熔覆技术的研究现状及其发展趋势，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考。
文章首先将对激光熔覆技术的基本原理、特点及其应用领域进行简要介绍，然后重点分析当前激光熔覆技术的研究热点和难点，包括材料选择、工艺优化、性能评估等方面。
在此基础上，文章将探讨激光熔覆技术的发展趋势和未来展望，包括新材料、新工艺、新技术的应用以及环境友好型、智能化、高效化的发展趋势。
通过本文的综述，读者可以对激光熔覆技术的最新研究成果和发展动态有一个全面而深入的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的借鉴和指导。
二、激光熔覆技术的研究现状激光熔覆技术自问世以来，就凭借其独特的优势在材料科学与工程领域引起了广泛的关注和研究。
该技术以其高精度、高能量密度和快速加热冷却过程等特点，使得在材料表面实现高质量、高性能的熔覆层成为可能。
随着科技的不断发展，激光熔覆技术的研究现状呈现出以下几个主要特点。
在材料选择方面，激光熔覆技术已经不仅仅局限于金属材料的熔覆。
近年来，陶瓷、高分子材料甚至复合材料的激光熔覆也开始得到研究，这极大地扩展了激光熔覆技术的应用范围。
同时，对于金属材料的熔覆，也逐步实现了多元化，涵盖了铁基、镍基、钴基等多种合金材料。
在熔覆过程控制方面，研究者们通过引入数值模拟、智能控制等技术手段，实现了对激光熔覆过程更为精准的控制。
这包括对激光功率、扫描速度、送粉速度等关键参数的优化，以及对熔池温度、形貌的实时监控和调控。
这些技术的发展，使得激光熔覆的质量稳定性和重复性得到了显著提升。
再次，在熔覆层性能提升方面，研究者们通过设计合理的熔覆层结构和成分，实现了对熔覆层硬度、耐磨性、耐腐蚀性等多种性能的提升。
同时，还通过引入纳米颗粒、增强相等手段，进一步优化了熔覆层的显微组织和性能。
激光表面处理课件
控制系统
控制系统用于控制激光器的输出功率、扫描速度和处理时 间等参数，以确保处理过程的稳定性和可重复性。
激光表面处理材料
金属材料
金属材料是激光表面处理的主要应用领域之一，包括钢铁、铝、铜等。通过激 光表面处理可以改变金属材料的表面特性，提高其耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳 性能等。
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模具工业
激光表面处理用于提高模具表面的硬 度、耐磨性、耐腐蚀性，延长模具使 用寿命。
刀具工业
激光表面处理用于提高刀具表面的硬 度、耐磨性、耐腐蚀性，提高切削加 工效率。
02
激光表面处理技术分类
激光熔覆
熔覆材料
选择熔覆材料时，需要考 虑其与基材的相容性、熔 点、稀释率等因素。
熔覆层组织
熔覆层的组织结构取决于 熔覆材料、工艺参数以及 基材特性。
涂层厚度
涂层的厚度需要根据使用要求和 工艺参数来确定。
涂层附着力
涂层与基材之间的附着力对涂层 的寿命和性能有重要影响。
03
激光表面处理设备与材料
激光表面处理设备
激光器
激光器是激光表面处理技术的核心设备，其性能直接影响 处理效果。常见的激光器类型包括CO2激光器、光纤激光 器和固体激光器等。
加工头
表面处理
02
根据需求，对工件表面进行抛光、涂覆等处理，提高表面质量
。
质量检测
03
对加工后的工件进行质量检测，确保符合要求。
05
激光表面处理质量检测与评估
激光表面处理质量检测方法
光学检测法
利用光学原理，通过反射、散射等手段检测 表面形貌、粗糙度等参数。
激光表面处理的原理
激光表面处理的原理
激光表面处理是一种利用激光能量对工件表面进行物理或化学改变的技术。
其原理主要包括光照作用、能量传递和化学反应三个方面。
首先，光照作用是指激光光束照射到材料表面时，光子与材料表面原子或分子之间发生相互作用。
激光光子具有较大的能量和较短的波长，能够激发材料表面的电子跃迁，使得原子和分子处于激发态。
这些激发态的原子和分子会产生吸收、散射、透射等现象，从而引起材料表面的物理变化。
其次，能量传递是指激光能量在材料表面的传递过程。
激光光束在照射材料表面时，会被部分吸收。
吸收的能量会被材料内部的原子或分子吸收，使其产生热传导现象，使材料表面温度升高。
随着激光能量的传递，材料表面的温度会发生变化，从而引起材料的热效应。
最后，化学反应是指激光能量在材料表面引起的化学变化。
激光能量的高浓度聚集会导致材料表面的局部温度升高，达到化学反应的临界温度，从而促使材料表面的化学反应发生。
这些化学反应包括热化学反应、光化学反应、气氛反应等，能够改变材料表面的化学成分、组织结构和物理性能。
综上所述，激光表面处理技术通过光照作用、能量传递和化学反应等方式，实现对材料表面的物理或化学改变，从而达到改善材料表面性能、增强材料耐磨性、增加材料附着力等目的。
激光机作业中的激光清洗与表面处理技术
激光机作业中的激光清洗与表面处理技术激光清洗与表面处理技术，作为现代激光机作业中的重要组成部分，已经在多个领域得到广泛应用。
激光清洗技术利用激光束的高浓度能量，以非接触方式清除表面的污垢和涂层，具有高效、无损伤和环保等优点。
而激光表面处理技术则可通过调节激光束的参数，实现对材料表面的改性和功能化。
本文将从激光清洗和激光表面处理两个方面介绍其原理、应用以及未来发展方向。
一、激光清洗技术激光清洗技术是利用激光束的高能量密度，将污垢或涂层表面加热瞬间蒸发或熔化，实现无接触地去除。
相比传统清洗方法，激光清洗具有以下优势：1. 高效能：激光束能量密度高，可以快速实现表面清洗，提高作业效率。
2. 无损伤：激光清洗过程中不会对物体表面造成磨损或刮伤，保持材料的原有性能。
3. 环保节能：激光清洗无需使用化学清洗剂，减少了对环境的污染，并且节约了能源资源。
激光清洗技术在多个领域得到了应用，如汽车维修领域中的发动机零件清洗、电子设备制造中的PCB板清洗以及文物保护中的古籍清洗等。
随着激光技术的不断提升和创新，激光清洗技术的应用领域还将进一步扩展。
二、激光表面处理技术激光表面处理技术是指利用激光束对材料表面进行能量输入，实现表面的改性和功能化。
通过调节激光束的参数（能量、功率、波长等），可以实现表面的熔化、蒸发、热化学反应等效应，从而改善材料的性能和功能。
激光表面处理技术的主要应用包括：1. 材料表面改性：激光束的能量输入可以改变材料表面的组织结构，提高材料的硬度、耐磨性等性能。
2. 表面合金化：通过激光加热，将外加的合金元素与基体材料进行熔合，形成硬度高、耐腐蚀的合金表面。
3. 表面纳米结构形成：激光可在材料表面形成纳米颗粒或纳米结构，改变表面的光学特性、润湿性等。
激光表面处理技术的应用领域广泛，如航空航天领域中的发动机叶片涂层、光学玻璃表面处理、生物医学材料的改性等。
随着激光技术的不断发展，激光表面处理技术将进一步加强材料与激光的相互作用，探索更多新的应用领域。
激光表面处理技术
常规淬火硬度高5%~20%, 可获得极细的硬 化层组织。
( 3) 由于激光加热速度快, 因而热影响区小, 淬火应力及变形小。一股认为激光淬火处理几乎不产生变形, 而且相变硬化可以使表面产生大于4 000 MPa 的压应力, 有助 于提高零件的疲劳强度; 但厚度小于5mm 的零件其变形仍不 可忽视。
激光表面熔敷
激光表面熔敷技术是在激光束作用下将合金 粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化, 光束移开后自激冷却的一种表面强化方法。
激光表面熔敷特点
( 1) 冷却速度快(高达106 K/s)，组织具有快 速
凝固的典型特征； ( 2) 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；
激光表面处理技术优 点
( 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。
激光表面处理技术
美国正在研究用激光淬火处理飞机的重载 齿轮，以取代渗碳淬火的化学热处理工艺。
----直升飞机辅助动力装置的行星齿轮 ----飞机主传动装置的传动齿轮 用激光硬化的飞机重载齿轮，不需要最后 研磨，大大降低了生产成本，提高生产率。 ----采用激光硬化飞机发动机气缸内壁，比 氮化处理快14倍，且所得到的硬化层比经过 10～20h氮化处理的硬化层还厚，质量优 良，几乎无变形。
下优点:
激光表面处理技术优 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；
激光表面处理技术优 点
( 3) 处理表面形状复杂的工件，而且容易实 现自动化生产线；
激光表面强化技术及其应用
激光表面强化技术及其应用随着科技的不断发展，激光技术已经成为现代工业生产中不可或缺的一部分。
激光表面强化技术是近年来发展起来的一种新型表面处理技术，它可以使材料表面的硬度、耐磨性、抗腐蚀性等性能得到显著提高，从而提高材料的使用寿命和可靠性。
本文将从激光表面强化技术的原理、方法和应用方面进行探讨。
一、激光表面强化技术的原理激光表面强化技术是利用激光束高能量密度的特点，将激光束聚焦到材料表面，使其表面受到高温和高压的作用，从而改变其组织结构和化学性质，提高其硬度、耐磨性和抗腐蚀性等性能。
具体来说，激光束在材料表面产生高温和高压，使表面材料发生相变、熔化、蒸发等过程，同时还会激发材料中的原子、分子等产生化学反应，形成新的化合物或化学键，从而改变表面材料的化学性质。
这些变化使得材料表面的硬度、耐磨性和抗腐蚀性等性能得到显著提高。
二、激光表面强化技术的方法激光表面强化技术的方法主要分为以下几种：1. 激光淬火：利用激光束高能量密度的特点，将其聚焦到材料表面，使其表面迅速升温，然后快速冷却，从而使表面形成高硬度的淬火层。
这种方法适用于钢、铁等金属材料。
2. 激光熔覆：将激光束聚焦到材料表面，使其表面熔化，然后喷射一定量的粉末或线材，形成一层新的涂层。
这种方法适用于各种金属材料和陶瓷材料。
3. 激光表面改性：利用激光束高能量密度的特点，将其聚焦到材料表面，使其表面发生物理和化学变化，从而改变其表面性质。
这种方法适用于各种材料。
三、激光表面强化技术的应用激光表面强化技术具有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面： 1. 汽车制造：激光表面强化技术可以提高汽车零部件的硬度和耐磨性，从而增加汽车的使用寿命和可靠性。
2. 航空航天制造：激光表面强化技术可以提高飞机发动机叶片、涡轮等零部件的耐磨性和抗腐蚀性，从而提高飞机的性能和可靠性。
3. 电子制造：激光表面强化技术可以提高电子器件的耐磨性和抗腐蚀性，从而提高电子器件的使用寿命和可靠性。
2023年表面处理行业未来发展趋势
表面处理行业未来发展趋势2022即将过去，2022就要来到，在这个除旧迎新的日子里，表面处理行业在这一年经受了许多，也度过了许多，慧聪我就带您来解析在将来的2022年表面处理行业的进展趋势将会如何，是高走还是低开，让我渐渐道来：传统的表面技术，随着科学技术的进步而不断创新。
在电弧喷涂方面，进展了高速电弧喷涂，使喷涂质量大大提高。
在等离子喷涂方面，已讨论出射频感应藕合式等离子喷涂、反应等离子喷涂、用三阴极枪等离子喷枪喷涂及微等离子喷涂。
在电刷镀方面讨论出摩擦电喷镀及复合电刷镀技术。
在涂装技术方面开发出了粉末涂料技术。
在粘结技术方面，开发了高性能环保型粘结技术、纳米胶粘结技术、微胶囊技术。
在高能束应用方面进展了激光或电子束表面熔覆、表面淬火、表面合金化、表面熔凝等技术。
在离子注入方面，继强流氮离子注入技术之后，又讨论出强流金属离子注入技术和金属等离子体浸没注入技术。
在解决产品表面工程问题时，新兴的表面技术与传统的表面技术相互补充，为表面工程工供应了宽广的选择余地。
现状及国内外进展趋势随着基础工业及高新技术产品的进展，对优质、高效表面改性及涂层技术的需求向纵深延长，国内外在该领域与相关学科相互促进的局势下，在诸如"热化学表面改性"、"高能等离子体表面涂层"、"金刚石薄膜涂层技术"以及"表面改性与涂层工艺模拟和性能猜测"等方面都有着突破的进展。
热化学表面改性技术现状及进展趋势国外近年来重视对可控气氛条件和真空条件下的渗碳，碳氮共渗等技术的讨论，并已实现工业化。
而在我国应用很少，相关的技术讨论工作亦不够。
可控气氛渗碳和真空渗碳技术是显著缩短生产周期，节能、省时，同时可提高工件质量，不氧化、不脱碳，保证零件表面耐腐蚀和抗疲惫性，并削减热处理后机加工余量及清理工时。
目前国际上碳势掌握和监测，渗层布型掌握等方面的讨论成果已应用于实际生产，并用计算机进行在线动态掌握。
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。
三、结语随着制造业的快速发展，需要更高品质的产品，而激光表面处理技术的发展随着产业的发展得到了广泛应用。
LSP技术涉及了化学、物理、热力学和传热学等学科，是一种非常重要的表面处理方法。
未来，LSP技术将不断被改进和完善，满足制造业的需求，使制造业更加高效、快捷和环保。
激光表面强化与热处理技术及其应用讲解
激光表面强化与热处理技术及其应用激光表面强化与热处理技术是近20年来发展起来的一种新型材料表面处理技术。
激光表面强化技术的原理是利用激光穿透能力极强的特点，当把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时，其表面迅速奥氏体化，然后急速自冷淬火，金属表面迅速被强化。
激光表面强化与热处理可以分为3类：一是激光照射时金属不熔化，只是组织发生变化，这类工艺主要为激光相变硬化(激光淬火)；二是激光照射时金属熔化，冷却后组织发生变化或加入其他元素改激光表面强化与热处理技术是近20年来发展起来的一种新型材料表面处理技术。
激光表面强化技术的原理是利用激光穿透能力极强的特点，当把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时，其表面迅速奥氏体化，然后急速自冷淬火，金属表面迅速被强化。
激光表面强化与热处理可以分为3类：一是激光照射时金属不熔化，只是组织发生变化，这类工艺主要为激光相变硬化(激光淬火)；二是激光照射时金属熔化，冷却后组织发生变化或加入其他元素改善表面性质，包括激光熔凝、激光合金化、激光非晶化和微晶化等；三是激光照射时金属表面发生汽化，从而发生组织变化，这类工艺主要为激光冲击硬化。
上述各种激光热处理工艺共同的理论基础是激光与物质的相互作用规律及其金属学行为。
激光热处理是传统热处理技术的发展和补充，它可以解决其它表面处理方法无法解决或不好解决的材料强化问题。
经过激光处理后，铸层表层强度可达HRC60以上，中碳、高碳钢以及合金钢的表层硬度可达HRC70以上，从而提高其抗磨损、抗疲劳、耐腐蚀和防氧化等性能，延长其使用寿命。
激光热处理在汽车行业应用极为广泛，在许多车关键件上(如缸体．缸套、曲轴、凸轮轴、排气阀、阀座或活塞环等)几乎都可以采HJ激光热处理。
同样，农用机车也应该广泛使用。
在农业生产中，机器的工作条件是多种多样的，有些机器(犁、中耕机、播种机和收割机)直接在磨料介质中工作，使许多零件磨损很快。
另一方面，为了获得足够的强度，机器的材料用量较大，不仅浪费材料，而且显得笨重。
模具激光表面处理的研究现状及发展趋势
模具激光表面处理的研究现状及发展趋势
杨化雨;马云飞;张嘉城;王新云;王爱华;张茂
【期刊名称】《金属加工:热加工》
【年(卷),期】2022()8
【摘要】模具是工业生产中不可或缺的基础装备,被广泛应用于汽车、家电、交通及国防等关键领域。
近年来,我国的模具市场飞速发展,模具总产量已经跃居世界前列,然而模具的整体使用寿命和制造精度尚处于较低水平,因此提高模具使用寿命和制造精度成为了我国模具制造产业亟待解决的问题。
作为实现高端精密产品制造的关键支撑技术之一,激光表面处理技术现已被应用于重大装备部件、基础零部件以及一些高端设备产品的制造中,成为表面工程领域一个十分活跃的研究方向。
系统阐述了模具激光表面处理技术的原理、工艺特点和研究现状,并讨论了模具激光表面处理领域所面临的挑战和未来发展趋势。
【总页数】8页(P1-8)
【作者】杨化雨;马云飞;张嘉城;王新云;王爱华;张茂
【作者单位】华中科技大学材料科学与工程学院;材料成形与模具技术国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】F42
【相关文献】
1.激光熔覆技术在模具表面处理中的研究进展
2.低表面处理防腐涂料研究现状及发展趋势
3.墙体材料成型模具表面处理现状及发展趋势
4.活塞环表面处理技术的研究现状及发展趋势
5.对三种模具钢激光表面热处理的实验研究
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盘点激光除漆技术发展现状
盘点激光除漆技术发展现状
激光除漆技术是一种利用激光束去除物体表面涂层的技术。
随着工业的发展和对环境保护的要求越来越高，激光除漆技术逐渐成为一种重要的表面处理方法。
目前，激光除漆技术已经得到了广泛的应用，特别是在汽车、航空航天、电子、机械等领域。
相比传统的化学除漆、机械除漆等方法，激光除漆技术具有速度快、效率高、无污染、对基材无损伤等优点。
在技术方面，目前的激光除漆技术主要采用脉冲激光和连续激光两种方式。
脉冲激光除漆技术具有能量密度高、作用时间短等优点，可以有效地去除各种涂层。
连续激光除漆技术则具有处理速度快、效率高等优点，适用于大面积的涂层去除。
此外，为了提高激光除漆技术的效率和质量，人们还在不断探索新的技术手段。
例如，采用光纤激光、短脉冲激光等新型激光源，以及利用激光诱导等离子体等技术手段，提高激光除漆的效果和速度。
虽然激光除漆技术已经取得了很大的进展，但是仍然存在一些问题需要解决。
例如，激光除漆技术的成本仍然较高，需要进一步降低成本；同时，激光除漆技术对基材的适应性还需要进一步提高，以满足不同基材的除漆需求。
总的来说，激光除漆技术是一种具有广阔应用前景的表面处理技术，随着技术的不断发展和完善，相信它将会在更多的领域得到应用和推广。
激光表面合金化的研究进展及其应用
激光表面合金化的研究进展及应用（袁中涛20100110）摘要：激光表面合金化是一种材料表面改性处理的新方法，具有广阔的应用前景。
本文综述了激光表面合金化的研究现状，其中包括激光表面合金化工艺制定的基本原理及工艺分类，合金化涂层的组织特性与性能。
介绍了研究的材料类型及方法，国内外研究重点以及最新研究成果和理论分析，并且简要讲述了激光表面合金化在实际工程中的具体应用及研究展望。
同时本文指出了激光合金化当前研究存在的有待解决的问题和今后需要改进的方向。
关键词：激光表面合金化合金化涂层基体材料冶金结合正文：激光表面合金化是一种既改变表层的物理状态，有改变其化学成分的激光表面处理新技术。
它是利用高能激光束将基体金属表面熔化，同时加入合金化元素，在以基体为溶剂，合金化元素为溶质基础上形成一层浓度相当高、且相当均匀的合金层，从而使基体金属表面具有所要求的耐磨损、耐腐蚀、耐高温抗氧化等特殊性能。
激光表面合金化能够在一些价格便宜、表面性能不够优越的基体材料表面上制出耐磨损、耐腐蚀、耐高温抗氧化的表面合金层，用于取代昂贵的整体合金，节约贵重金属材料和战略材料，使廉价基体材料得到广泛应用，从而使生产成本大幅下降。
与常规热处理相比，激光表面合金化能够使难以接近的和局部的区域合金化，在快速处理的过程中能够有效的利用能源，利用激光的深聚焦在不规则的零件上可得到均匀的合金化深度。
而且具有工件变形小、冷却速度快、工作效率高、合金元素消耗少、不需要淬火介质、清洁无污染、易于实现自动化等优点，具有很好的发展前景。
目前。
激光表面合金化研究领域不仅限于低碳钢、不锈钢、铸铁，而且还涉及到钛合金、铝合金等有色金属[1,2]。
1.激光表面合金化的基本原理和工艺分类1.1激光表面合金化的基本原理激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。
由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的(微米级别)小斑点上，加上它本身强度高.故可以使焦点处的功率密度达到105～1013 W/cm2.温度可达1万°C以上。
材料的激光加工与表面处理方法
材料的激光加工与表面处理方法激光加工和表面处理技术是材料科学和工程中的重要分支。
激光加工技术可以精确地削减、切割和焊接各种材料，而表面处理技术可以改善材料的性能，例如耐腐蚀性、耐磨损性和阻燃性能。
本文将介绍几种常见的材料激光加工和表面处理方法。
一、激光切割技术激光切割技术是目前工业界广泛使用的一种材料加工技术。
激光切割是通过高能量密度激光束对材料表面进行局部加热和熔化，进而将材料切割成所需形状。
与传统切割方法相比，激光切割具有高精度、高效率和无接触加工的优点。
激光切割可以用于各种材料的切割，包括金属、非金属、塑料等。
其中，金属材料的激光切割应用最为广泛。
在金属材料激光切割中，常用的激光源为CO2激光器和光纤激光器。
激光切割的精度和效率取决于激光功率、加工速度、切割深度等因素。
二、激光打标技术激光打标技术是一种将字母、数字、图案等标记在材料表面的加工方法。
激光打标具有不损伤材料表面、标记速度快、标记精度高等优点。
激光打标可用于金属、陶瓷、玻璃、塑料等材料，并可在不同材料表面形成高反差度、高质量的标记。
激光打标技术可以应用于工业、医疗、电子等各个领域。
其中，在电子行业中应用较多，例如印刷电路板上的标记、手机、电脑等电子产品的标记等。
三、激光焊接技术激光焊接技术是一种通过激光加热材料表面使其熔化，然后将两个或多个材料焊接在一起的方法。
激光焊接技术具有快速、高精度、无损伤等优点。
激光焊接可以用于金属、塑料、陶瓷等材料的焊接。
激光焊接在汽车、航空、电子、医疗等领域中应用广泛。
例如，汽车制造中常用的铝合金焊接、电子产品中常用的微细元器件焊接等。
四、表面处理技术表面处理是一种通过物理、化学方法改善材料表面性能的技术。
表面处理可以提高材料的耐腐蚀性、耐磨损性、阻燃性等特性。
常用的表面处理方法包括电镀、喷涂、阳极氧化、等离子体表面改性等。
其中，激光表面改性技术是近年来发展的一种新技术。
激光表面改性技术可通过激光作用产生高温、高压等条件，使材料表面形成新的化学、物理结构，从而提高其性能。
浅析激光表面合金化技术的应用及发展方向
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ａ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉｎ ｏ ｓ ｒｓ ｒ ｃ ｌ ｙｎ ｐｉ ｔ ｎ ｅ ｅｏ ｍ ｎ ｒ ｔ ｆｌ ｅ ｕ ｆ ｅ ａｌ ｉｇ ｃ ｏ ｄ ｅ ｏ ａ ａ ｏ
激 光表 面合金 化是 ２ ０世纪 ８ ０年代 发展 起来 的一
种通 过 改变材 料表 面成分 来实 现材 料表 面改性 的新 技 术 ， 有 十分广‘ 的应 用 前 景 。它 是将 合 金 元 素 或 化 具 泛
任 意成分 的合金 和相 应 的微 观组 织 ， 而获 得 良好 的 从 物理 、 化学 及综 合力 学性 能 ， 金层组 织 均匀 、 合 致密 ， 与 基体 间结 合 强 度 高 。激 光 表 面合 金 化 具 有 冷 却 速 度 快、 工作效 率高 、 清洁 无污 染 以及易 于实 现 自动化 等优 点， 与感应 加热 淬火 、 电弧 表面 硬化 和等 离子 喷涂 等表
（ ） 金化 过程 中合 金 元 素 的使 用 量 少 ， 用 率 ３合 利
高 ， 廉价 合金 获得 了更广 泛 的应用 ， 且合金 层 成分 使 而 均匀 ， 组织 结构 细密 ， 与基 体 问的结合 强 度很 高 。
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｔｈ ｒｎ ｉ ｌ ｅ ｐ ｃｐ ｅ，ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ａｉｎ ｏ ａ ｅ ｕ ａ ｅ ａｌｙ ｎ ｒ ｎｒ ｄ ｅ ｉ ｈ ｒ ｃｅ ｔｃ ｎ ｐ ｌｃ ｔｏ ｆｌｓ ｒｓ ｒ ｃ ｌｏ ｉ ｇ ａ ｅ ｉ ｔｏ ｕｃ ｄ． Ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｒ — ｉ ｆ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｐ ｏ ｇｅ ｓ ａ ｏ ｎ ｂ ｏ ｄ ｏ ａ ｅ ｕｒａ ｅ ａｌ ｙｎ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｓ ｒ ｖｅ ｄ． Ｔｈ ｒ ｂ ｅ ｘ ｓｉ ｇ ｉ ｈ ｓ ｒ ｓ ｔｈ ｍｅ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｆｌｓ ｒｓ ｆｃ ｌ ｉ ｇ ｔ ｃ ｏｏ ｙ ｉ ｅ ｉｗｅ ｏ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍｓ ｅ ｉｔｎ ｎ ｔ ｉ ｔｃ ｏｏ ｙ ａ ｅ ｐ ｏ ｓ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｅ ｔｄ ｒ ｃｉｎ ｏ ｈ ｓ ｔｃ ｎ ｌｇ ｓｐ ｅ ｉ ｔｄ． ｅ ｈｎ ｌｇ ｒ ｒ ｐｏ ｅ ｎ ｈ ｅ ｅ ｏ ｍ ｎ ｉｅ ｔｏ ｆｔ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ｒ ｄ ｃ ｅ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：Ｌａ ｅ ｕ ｆ ｃ ｌｙ ｎ ｓ ｒ Ｓ ｒａ ｅ Ａｌｏ ｉ ｇ；Ｓ ｒａ ｅ Ｍ ｏ ｉ ｃ ｔｏ ｕ ｆｃ ｄｆ ａｉｎ； Ｄｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔＦ ｒ ｃ ｓ ｉ ｖ ｌｐ ｎ ｏ ｅ ａ ｔ
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激光表面表面处理技术及进展摘要：激光具有巨大的技术潜力，在冶金和材料加工中发展迅速，应用广泛。
激光表面处理由于其对工业和生产作出了巨大贡献，已成为飞速成长的重要加工技术领域。
本文较系统地介绍了国内外激光表面处理技术的研究与应用近况，指出了这项技术今后需解决的问题。
关键字：激光；表面处理；进展0 前言激光的出现时近代物理学的一个重大进展。
第一台激光器于60年代初问世，对激光表面热处理工艺的研究早在激光器诞生后不久就已经开始，但直到60年代末、70年代初才在热处理生产中获得应用。
激光在金属热处理方面取得成功，标志此技术的应用进人了新灼阶段。
随着大功率激光器的研制成功与不断完善，这一新工艺用于汽车转向器表面处理的生产线[1]。
国内经过“六五”计划的联合攻关，已在汽缸套等零部件的表面热处理上获得成功，取得了一批科研成果。
随之而发展的表面涂覆(cladding)，表面上釉(Glazing)及表面合金化(SurfaeeAlloing)等工艺[2]也取得了相当大的进展。
与上述工艺相比较，激光表面热处理是当前比较成熟、应用比较广泛的工艺。
1 激光表面处理技术的特点[3]1)通过选择激光波长调节激光功率等手段，能灵活地对复杂形状工件或工件局部部位实施非接触性急热、急冷。
该技术易控制处理范围，热影响区小，工件产生的残余应力及变形很小。
2)可在大气、真空及各种气氛中处理，制约条件少，且不造成化学污染。
3)通常，激光表面处理的改性效果比普通处理方法更显著4)激光束能量集中，密度大，速度快，效率高，成本低。
5)可缩短工艺流程，处理过程中工件可以运动，故特别适合组织自动化处理线。
6)激光束便于通过导光系统准确地输人与定位，亦能导向多个工作台，可大大提高激光的使用率和处理的效率。
7)激光表面处理尤其适用于大批量处理生产线，其成本比传统的表面热处理低。
2 激光表面相变应化(LTH)不论激光束是如户J产生的，激光束仅是一加热金属的热源，金属经激光热处理后，一般不出现异常的治全变化。
相变硬化是一种儿乎无尺寸变化而能达到冶金相变的加工技术。
利用激光束可以选择小面积加热和对需要部位硬化。
实现激光相变硬化有三个基本条件仁:第一，金属硬化区必须达到奥氏体化温度;第二，在加热与冷却周期内硬化区在奥氏体化温度区应保持足够长的时间，以保证碳能充分的扩散;第三，应具有足够大的自身淬火能力，其冷却速度应超过临界冷却速度。
金属经激光相变硬化的冶金变化不同于普通淬火之处有以下几点:(1)激光相变硬化后的硬度高于普通淬火。
其原因一方面由于在很高抑制条件下形成马氏体，另一方面则由于极快的加热和冷却速度使获得变形马氏体[4]。
(2)激光相变硬化能力决定于所处理的材料。
一般地说，凡适合于普通淬火的材料也适合于激光相变硬化。
但对低碳钢当其碳含量在0.2%以下时普通淬火一般难于淬硬[5]，而激光相变硬化却可以极快冷却速度使其淬硬。
对具有石墨组织的铸铁普通淬火亦不易淬硬，但激光相变硬化也可使其淬硬，尽管在如此短的扩散时间内完成。
(3)对于含有分散球状碳化物的钢或含大量石墨不含珠光体的铸铁，由于相变时间太短，激光相变硬化难以使其淬硬。
工具钢和高速钢的激光表面硬化引起许多研究者的兴趣[6]。
Brover[13]用脉冲激光器研究了不同组织的R6MS激光高温快速硬化的可能性.实验证明，不同激光能量水平和加热速度与不同原始组织配合，可以得到不同程度和均匀性的固溶体，从而得到在服役条件下所需要的优化的数值。
Mulin等[14]用l000J的激光器硬化12X18N9T，13N5A砧A和1201工具钢。
激光硬化的工具钢的耐磨性是非硬化工具的20一25倍，是带有氮化钦表面涂层的2一4倍。
3 激光表面熔化(LSM)激光表面熔化在满足表面某些需要，如耐磨性、耐蚀性、防止氧化等方面显出独特优点。
可用激光表面熔化得到细晶组织、非晶态和亚稳相，低的气孔率和光滑的表面，基体中较小的热影响区以及良好的基体与表面的结合。
光表面熔化施于钢铁常产生硬度很高的表面，可有效提高耐磨性;施于有色金属常可获得十分细而均匀的组织广。
激光熔化高速钢时，先使原始组织迅速熔解，以后冷却时可保留大量己铁素体和奥氏体，可明显地提高硬度.激光熔化铸铁时可在莱氏体区形成细组织涂层激光熔化镍基合金时，则可得到过饱和基体相的细枝晶结构，同时枝晶区域内细MC碳化物质点和共晶组成。
美国NASAMarshen航天中心正致力于提高航天飞机(SSME)许多零件的寿命或修复完成每一次飞行任务之后的零件。
主燃烧室中最关键的部件是其内衬(热壁)，它由锻造的NARloy—z制成.该合金在580一760℃的温度范围暴露96h后，可观察到晶界析出物及无析出区，这些都会降低主燃烧室内衬的寿命.一旦析出物形成，除了用熔化方法以外，很难用热处理的方法使其回到固溶体中去.激光上釉是细化锻造NARloy—z的显微组织的一种很有效的方法.用这种方法得到了很细的激光上釉显微组织，第二相均匀分布和错在铜基体中的扩展固溶体，使合金热稳定性和时效硬化得到很大改善。
4 激光表面合金化(LSA)许多铁合金等较难熔材料在接触激光功率密度达106W/mm2的受热表面时，足以达到107~109K/s的加热速度会发生熔化，其中的各种元素扩散进入零件液态金属的薄层内[7]。
当冷却凝固时将形成固溶体和化合物夕表面发生合金化.最近有些国家对利用含Cr，Ni和Mo的铁基合金进行激光表面合金化的工艺产生极大兴趣，这种方法既可改变金属性能，又可节约材料、降低成本，可用普通碳钢等廉价材料获得表面耐磨、防蚀和抗高温氧化性很高的零件。
用预置石墨粉习通过熔化或熔化后再进行渗碳形成碳化物的表面合金化可明显地提高表面硬度。
阻碍激光表面合金化广泛应用的障碍，除设备投资大、成本高外，就是在材料处理过程中表面易产生气孔、裂纹以及表面平整度的下降.针对后者，研究者根据具体情况加强研究，已经摸索出一些可行的办法[8]。
Ion用实验证明，激光表面合金化是提高低碳钢耐腐蚀性能的一种可行的办法。
他使用的激光器功率为6kw，合金元素为铬，激光合金化层的厚度为0.5mm[9]，使耐腐蚀性大大提高。
Mazulnde 等用激光使1016低碳钢表面以铬、锰、碳合金化。
结果证实，用激光加工过的材料在销一柱磨损试验中表现出比Stelhte 6合金[10]还要好的耐磨性。
作者认为，耐磨性的提高归因于树枝状组织和铬的碳化物，且枝晶越细，耐磨性越好.较低的激光功率和较高的激光一工件相对移动速率可以得到较高耐磨性的合金层。
5 激光表面冲击硬化(LSH)激光冲击硬化是前苏联学者在70年代初提出的。
利用极高功率密度(大于10sw/cm，)激光束冲击(作用时间为10~85数量级甚至更短)工件表面[11]，使表层几微米的薄层迅速被加热汽化。
在极短的时间内，金属蒸气由于受到外部介质的限制而在冲击区形成超高压冲击波(最大10GPa左右)。
随着冲击波向基体内的传递，会在表层产生压应力区，并出现某些微观特性的改变，从而改善了金属的机械性能。
Chan使用名义功率为10GW/cm2，脉冲时间为20~40ns的脉冲Q开关的YAG激光器使铸铁、7075和7475铝合金冲击硬化，冲击振幅为5.6GPa.两种铝合金的疲劳寿命均得到提高.其原因是表面存在残余压应力。
文献[12]作者认为，为了得到表面残余压应力，应对热应力的作用和冲击波的作用加以区分。
试验说明，使用吸收涂层后可以得到表面残余压应力.由于只有冲击波透人材料，该区域受张力变形，但受周围材料的约束，被约束的区域就是一个压应力区。
如果热量进人该区域，膨胀将会导致变形，在冷却时将会产生张应力。
激光冲击硬化可以得到与喷丸相近的残余应力水平，但表面损伤更小，且能得到更大的透入深度。
6 激光表面熔覆激光熔覆也称激光包覆，是利用一定功率密度的激光束照射(扫描)被覆金属表层上的外加纯金属或合金[13]，使之完全熔化，而基材金属表层微熔，冷凝后在基材表面形成一个低稀释度的包覆层，从而使基材强化的工艺.激光熔覆的熔化主要发生在外加的纯金属或合金中，基材表层微熔的目的是使之与外加金属达封冶金结合，以增强包覆层与基材的结合力，并防止基材元素与包覆元素相互扩散而改变包覆层的成分和性能[13]。
激光熔覆工艺主要有两种:一种是预置涂层法，是用电镀、真空蒸镀、等离子喷涂、火焰喷涂、粘结等方法将要熔覆的金属粉末事先涂覆在基材表面，然后用激光重熔，这种方法可称为激光涂覆;另一种是同步送料法，即在激光照射过程中，将粉末或条、丝状纯金属或合金连续送入熔池内，其中用气体将粉末以一定角度吹入熔池的方法称为激光喷涂。
激光熔覆与合金化类似。
可根据要求在表面性能差的低成本钢上制成耐磨、耐蚀、耐热、耐冲击等各种高性能表面，来代替昂贵的整体高级合金，以节约贵重金属材料。
包覆层组织细小，一般无气孔和空穴。
将硬质TIC颗粒覆于高速钢表面，通过激光包覆处理得到TIC熔化层，然后进行快速淬火。
这样获得的表面包覆有极高硬度HV2100一2700，最高可达HV3100[14]。
高速钢激光包覆的寿命为普通热处理钢的8.4倍[15]，最高达11.2倍。
可以预料，这种处理方法将广泛用于加工难切削材料的刀具。
较常采用的激光包覆与基体的组合形式有如下儿种上:不锈钢一软钢;不锈钢-铝;软钢一不锈钢，硬质合金一软钢;硬质合金一黄铜;铁硼一软钢;镍一软钢;铬一钦。
除以上所述外，激光包覆工艺还具有以下独到的优点:可控制稀释度，减少局部加热时的热变形，精确控制零件外形尺寸，可获得良好热结合性和精细淬火组织。
7 激光施袖激光上釉是利用激光束熔化金属表面后再以106℃/s的冷速进行快速淬火和凝固夕使合金元素和碳的扩散受到抑制.这样一来，高温相随着其溶解度极限被保留到室温，得到过饱和固溶体.然后再重新加热进行弥散硬化处理。
此亚稳相的热处理使金属的硬度和强度进一步提高.激光施釉的快速冷却提供了许多有用的冶金结构，如非晶态组织，即金属玻璃。
“施釉”一词即由此而来.激光施釉层常包括非晶层与结晶层，结晶层内主要为枝晶区，内与基体相连，非晶层为表面层。
激光施釉结合火焰喷涂、离子喷涂、离子沉积等沉积技术在控制组织、提高表面抗蚀、耐磨和性能方面日益显示出广阔的应用前景。
冷态工具钢(50CrNi3，X1CrMOV12)、热态工具钢(NICrMoV，X32CrMoV33)和高速钢先进行离子涂WC一Co，然后激光施釉可显著提高硬度。
电子材料、磁性材料和其它一些电气材料用激光施釉后用于检验仪表上极为理想[15]。
8 激光退火激光退火有两类:一类是激光诱导表面熔化，通常称“激光退火”;另一类是用激光束进行局部软化退火。
激光退火常应用于半导体，可消除硅中离子注入所产生的严重膨胀损伤，如对石墨带加热器已应用激光退火，可在Si层上形成SiO2层。