激光表面热处理技术
激光表面表面处理技术及进展
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。
激光淬火表面处理
激光淬火表面处理
激光淬火是一种表面处理方法，利用高能量激光束对工件表面进行快速加热和快速冷却，以改善材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。
通常是用于淬硬钢件等金属材料的表面处理。
激光淬火的过程可以分为三个阶段：预加热、激光加热和快速冷却。
在预加热阶段，工件表面被加热至较高温度，以减少激光加热后的残余应力和避免裂纹的产生。
在激光加热阶段，使用激光束快速加热工件表面，使其达到淬火温度。
在快速冷却阶段，工件表面很快地冷却，以形成高硬度和高耐磨性的表面层。
激光淬火相对于传统热处理方法具有许多优点，如淬火效果好、加工速度快、变形小等。
但是也存在一些问题，如加热后易产生裂纹、设备成本高等缺点。
总的来说，激光淬火是一种高效、精确、可靠的表面处理方法，对于提高材料表面的物理性能具有重要的应用价值。
激光热处理
谢谢大家
4、加工柔性好，适用面广。利用灵活 的导光系统可随意将激光导向处理部分，从 而可方便地处理深孔、内孔、盲孔和凹槽等， 可进行选择性的局部处理。
对于大面积扫描，因激光光斑面积 小，必须采用多次搭接技术或大面积光 斑技术，散焦法、宽带法和转镜法。多 次搭接时因其每个相邻扫描带的接合处 存在一个区域。因此其显微硬度是波动 的，从金相上看搭接涂层在整体呈现一 种宏观的周期性性能变化。对大面积光 斑技术，当输出功率一定时，光斑面积 越大，功率密集越低，增大光束直径可 能消弱激光的高能密度和超快速加热优 势。
激光表面处理技术包括：激光相变技术、激光熔
覆技术、激光合金化技术、激光表面复合处理技 术
1、 激光表面淬火 （1）激光表面淬火的原理 应用激光将金属材料表面加热到相变点以上,随着 材料自身冷却,奥氏体转变成马氏体,使材料表面硬 化,同时硬化层内残留有相当大的压应力,从而增加 了表面的疲劳强度。利用这一特点对零件表面实 施激光淬火,则可以大大提高材料的耐磨性和抗疲 劳性能。
激光热处理技术与其它热处理如高频淬
火、渗碳、渗氮等传统工艺相比,具有以下特 点:
1、无需使用外加材料，仅改变被处理材 料表面的组织结构。处理后的改性层具有足够 的厚度，可根据需要调整深浅一般可达0.10.8mm 。
3、被处理件变形极小，由于激光功率 密度高，与零件的作用时间很短（10-2-10 秒），故零件的热变形区和整体变化都很小。 故适合于高精度零件处理，作为材料和零件 的最后处理工序。
三、激光热处理的应用
几乎一切金属表面热处理都可以应用。 目前应用比较多的有汽车、冶金，以及航天、航空等高科技产品。
1、汽车行业
激光热处理在汽车行业应用极为广泛， 在许多汽车关键件上，如：缸体、缸套、曲 轴等几乎都可以采用激光热处理。例如：美 国通用汽车公司用十几台千瓦级激光热处理 在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键 件上，CO2激光器，对换向器壳内壁局部硬 化，日产3万套，提高工效四倍。
激光热处理对金属材料防腐性能的改善研究
激光热处理对金属材料防腐性能的改善研究激光热处理作为一种先进的表面处理技术，已经在金属材料的改性方面展现出了广阔的应用前景。
其中之一的应用领域就是金属材料的防腐性能改善。
本文将针对激光热处理对金属材料防腐性能的改善做一综述，介绍该技术的原理、方法及其在不同金属材料中的应用效果。
首先，我们来了解一下激光热处理的原理和方法。
激光热处理是利用高能激光束对金属材料进行局部加热，通过快速加热和冷却过程，改变金属的晶体结构、组织相态和化学成分等，从而改善其性能。
这种方法具有能量集中、热流密度高、作用时间短等特点，能够在材料表面形成一层均匀的热处理层，而保持基体材料的原始性能。
接下来，我们探讨激光热处理对金属材料防腐性能的改善效果。
首先，激光热处理可以提高金属表面的硬度和耐磨性，从而减少金属表面的损伤和磨损，降低腐蚀介质对金属的侵蚀速度。
其次，激光热处理可以使金属表面形成致密的氧化层、氮化层或碳化层等，提高金属材料的耐腐蚀性能。
同时，激光热处理还可以改善金属材料的界面结合强度，减少界面缺陷，防止腐蚀介质的渗透。
此外，激光热处理还能够提高金属材料的表面光洁度和平整度，降低金属表面的粗糙度，减少微观缺陷和孔洞，从而防止腐蚀介质的侵入。
进一步的研究表明，激光热处理对不同种类的金属材料均具有显著的防腐性能改善作用。
首先，激光热处理对铁基合金的防腐性能改善效果显著。
通过激光热处理，铁基合金的表面形成了致密的氮化物或碳化物层，提高了其耐腐蚀性能。
此外，激光热处理还能够改善铁基合金的表面硬度和耐磨性，防止腐蚀介质对金属的侵蚀。
其次，激光热处理对镁合金的防腐性能改善也有一定的效果。
由于镁合金易于腐蚀，激光热处理可以提高其表面的耐腐蚀性，并改善其界面结合强度，减少腐蚀介质的渗透。
此外，激光热处理还可以降低镁合金表面的粗糙度，减少缺陷和孔洞，从而阻止腐蚀介质的侵入。
最后，激光热处理对铝合金的防腐性能改善效果也不容忽视。
通过激光热处理，铝合金表面形成了致密的氧化层或硅化层，提高了其耐腐蚀性能。
激光热处理PPT幻灯片
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对于大面积扫描，因激光光斑面积 小，必须采用多次搭接技术或大面积光 斑技术，散焦法、宽带法和转镜法。多 次搭接时因其每个相邻扫描带的接合处 存在一个区域。因此其显微硬度是波动 的，从金相上看搭接涂层在整体呈现一 种宏观的周期性性能变化。对大面积光 斑技术，当输出功率一定时，光斑面积 越大，功率密集越低，增大光束直径可 能消弱激光的高能密度和超快速加热优 势。
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三、激光热处理的应用
几乎一切金属表面热处理都可以应用。 目前应用比较多的有汽车、冶金、石油、重 型机械、农业机械等存在严重磨损的机器行 业，以及航天、航空等高科技产品。
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1、汽车行业
激光热处理在汽车行业应用极为广泛， 在许多汽车关键件上，如：缸体、缸套、曲 轴等几乎都可以采用激光热处理。例如：美 国通用汽车公司用十几台千瓦级激光热处理 在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键 件上，CO2激光器，对换向器壳内壁局部硬 化，日产3万套，提高工效四倍。
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2、大型机车制造业
激光热处理在大型机车制造业已被采用，
大大提高了机车寿命，主要是机车大型曲
轴的激光热处理和机车柴油机缸套和机车
主簧片的激光热处理。它们的模具制造工
艺复杂，精度要求高，形状各异，应用广
泛，但往往因模具的寿命短而加大了成本，
返修也很困难。用激光对模具表面进行热
处理，已逐渐被认识和被采用，可成倍的
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因此,可以减少后道工序(矫正或磨制)的 工作量,降低工件的制造成本。此外该工 艺为自冷却方式,无需淬火液,是一种清洁 卫生的热处理方法;而且便于用同一激光 加工系统实现复合加工。因此可直接将 激光淬火供需安排在生产线上,以实现自 动化生产。又由于该工艺为非接触式,因 此可用于窄小的沟槽和底面的表面淬火。
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；
激光表面处理技术的应用
相变虢．激光束Leabharlann 开后，扫描加热的部分叉很快茬母体冷却而形成白淬火，其淬火部分的结构组织呈超 细化．硬度比淬火前提高约２５倍．并得到０２～１ 的淬火层．＿ｌ＾而使工件的耐磨性能提高３～ｓｆｅ。 激光淬火可以对发动机的汽缸、活塞环、轮轴 等关键零件进行处理．以大幅度提高其使用性能。 在经澈光热处理后，不必再进行后续处理．可直接 送到装配线上安装＝美国通用汽车公司率先采用激 光热处理技术直接硬化发动机汽缸内壁．太大提高 了汽缸的耐磨性．改善了汽缸与活塞环的配合性． 减轻了活塞环的磨损。长春第一汽车制造厂等大型 企业都有自己的激光热处理生产线。 对于用合金铸铁制造的丈型覆盖件模具，传统 工艺采用火焰淬火，其淬火硬度为４０～５０ ＨＲＣ。改 用激光淬火后‘见璺１】．模具表面硬度可提高到
酎高温等性能的零件。应用该拄术处理模具表面
（见圈３）．既可以对己加工成坯曲制造捶具进行 表面改性，也可以对成形模具进行寝面恬复。应用
锄３果用激光培曩修复ＩＩ其
澈光熔疆技术．可科有效提高叠属材料的硬度、
屈服强度、疲劳强度、疲劳裂纹扩展抗力和量损
痘劳寿命等性麓。对设备的易磨损或易腐蚀零件
采甩激光焙疆．可使其表面产生耐磨、耐蚀、耐 热等综合性能的摇覆层．大大延长零件使用寿 命：在保证原零件尺寸和材科性能的条件下，可 以有效地修复磨损零件表面的裂曩、崩角、密封 边．实现废旧零件的再利用。采用激光熔疆修复 的齿轮轴如圈４所示。 与堆埠．喷镀、热疃涂和喷焊等传统的表面 处理技术相比．激光捃疆具有以下优点：熔覆层与 基体可以形成牢固结合．界面结台强度高；对基材 的热影响小，引起的变形小．自动化程度高：澈光 撂疆属于快速凝固过程．窖端得到细晶组织或形或 常规处理无法得到的新相：激光束的功宰、位置和 彤状等能够精确控制．易实现选区甚至煮区熔疆修 复：熔疆层的稀释率小．可精确控制，熔疆屡成分 具有可设计性：澈光融疆技术是无接触形处理，能 实现自动化和柔性加工。 近年来激光熔Ｉ用于模具恬复的技术发展较 快．激光能■密度高．受熟范茸小．可以瞎覆各种 金属材辩．如不锈钢、镀铜、铝台盒及钛台金等。 澈光强化电镀技术可捶高盘属的沉积速度．速 度比无激光照射快＇０００倍，对微型开关、精密仪器 零件，徽电子器件和大规模集成电路的生产和修补 具有重大意义．使用该技术还可使屯镀层的牢固度 术，在控制组织、提高表面耐磨和耐腐蚀性能方面 有着广阿的应用前景。
激光热处理 梯度结构-概述说明以及解释
激光热处理梯度结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述激光热处理是一种利用高能激光束对材料表面进行局部加热的先进技术，通过控制激光参数，可以实现表面材料的快速加热和冷却，从而改善材料的表面性能和组织结构。
梯度结构则是指在材料内部形成具有连续、逐渐变化的组织结构，使材料在不同位置具有不同的性能，既保留了材料本身的特性，又具有更加优越的性能表现。
本文将探讨激光热处理与梯度结构的结合应用，探讨其在材料制备领域的重要意义并展望未来的发展方向。
通过对激光热处理和梯度结构的基本原理和优势进行深入分析，可以更好地理解这一先进技术在材料领域中的应用前景和潜力。
json"1.2 文章结构":{"本文将首先介绍激光热处理的基本原理，包括激光对材料的作用机制和热处理过程中的关键参数。
接着，将阐述梯度结构的概念及其在材料强度和性能优化方面的优势。
最后，探讨激光热处理与梯度结构相结合的应用，探索其对材料性能的提升和应用领域的拓展。
通过对这些内容的深入分析，读者将更加全面地了解激光热处理与梯度结构在材料加工领域的重要作用。
"}1.3 目的本文旨在探讨激光热处理与梯度结构的结合应用在材料制备领域的潜在优势及未来发展趋势。
通过深入分析激光热处理的基本原理和梯度结构的概念，我们旨在揭示这两种技术结合使用的优势，并展望这种结合在材料制备中的潜在发展方向。
通过本文对激光热处理与梯度结构的研究，我们希望为材料研究领域提供新的思路和方法，推动材料科学与工程的进步。
同时，我们也希望引起学术界和工业界对这一领域的更多关注和研究，为未来材料制备技术的发展做出贡献。
2.正文2.1 激光热处理的基本原理激光热处理是一种通过激光能量对材料表面进行加热处理的技术。
其基本原理是利用激光束的高能量密度，将能量集中地作用在材料表面上，从而使材料表面迅速升温，达到所需的温度。
在短时间内加热到高温的过程中，材料表面会发生相变、晶粒细化、残余应力消除等物理变化，以提高材料的性能。
模具保养中的激光热处理与材料改性技术
模具保养中的激光热处理与材料改性技术模具在工业生产中起到至关重要的作用，而其性能和使用寿命往往取决于其材料的质量和表面处理的方法。
在模具保养和维护中，激光热处理与材料改性技术被广泛应用，以提高模具的耐磨性、抗腐蚀性和疲劳寿命等关键性能。
本文将对激光热处理与材料改性技术在模具保养中的应用进行探讨。
一、激光热处理技术在模具保养中的应用1. 激光淬火技术激光淬火是激光热处理技术中最常用的方法之一。
其原理是通过高能激光束聚焦在模具表面的局部区域上，使其迅速升温后快速冷却，以改变材料的组织结构和性能。
激光淬火可以显著提高模具的表面硬度和耐磨性，延长模具的使用寿命。
2. 激光熔覆技术激光熔覆技术是将一层或多层合金材料以激光加热的方式熔化后，迅速冷却在模具表面形成涂层的过程。
这种技术可以有效地改善模具表面的耐磨性和抗腐蚀性，提高模具的工作效率和生产能力。
3. 激光改性技术激光改性技术是利用激光的高能量密度和高温效应改变模具材料的组织结构和性能的方法。
通过激光的作用，可以实现模具表面或局部区域的材料硬化、强化和改善表面耐蚀性等目的。
这种技术可以提高模具的整体性能和使用寿命。
二、材料改性技术在模具保养中的应用1. 表面涂层技术表面涂层技术是一种常用的模具保养方法，可以采用化学气相沉积、物理气相沉积、电化学沉积等方法，在模具表面形成一层保护性的涂层。
这种涂层可以提高模具的抗磨损性、抗腐蚀性和表面硬度，有效延长模具的使用寿命。
2. 材料表面改性技术材料表面改性技术主要包括化学改性、物理改性和机械改性等方法。
通过对模具材料表面的处理，可以改变其表面性质和组织结构，提高模具的耐磨性、抗腐蚀性和疲劳寿命等性能。
三、激光热处理与材料改性技术的优势和挑战1. 优势激光热处理与材料改性技术具有高能量密度、快速处理速度、可控性好等优势。
它可以对模具进行局部处理，不会对整体结构产生影响，同时可以精确控制处理的深度和形状，满足不同模具的需求。
激光表面技术处理
激光表面处理技术及应用摘要：表面技术具有学科的综合性，手段的多样化，广泛的功能性，很强的实用性和巨大的增效性，激光技术在表面处理上得到充分利用，发挥了巨大的作用。
关键词：激光、表面处理、应用前言激光技术是20世纪60年代最重要的科技成就之一，它的出现，几乎对整个科技领域的发展起了重大的改革和推动作用。
激光以其亮度高、方向性好、单色性好、相干性好等特有的光学性能，已与多个科学相结合形成多个应用技术领域。
激光加工技术是近几十年来迅速发展起来的一门高新技术，它是以高密度能源为中心，快速、局部地对机械零部件进行特种加工与处理，能够完成普通机械加工无法解决的一系列问题，尤其在零部件的表面处理方面成效更为显著。
激光表面处理是使用激光束进行加热，使工件表面迅速熔化一定深度的薄层，同时采用真空蒸镀、电镀、离子注入等方法把合金元素涂覆于工件表面，在激光照射下使其与基体金属充分融合，冷凝后在模具表面获得厚度为10～1000μm具有特殊性能的合金层，冷却速度相当于激冷淬火。
热处理是个很宽泛的概念，激光冲击可以说是热处理的一种形式。
冲击是利用大功率短脉冲激光在极短时间内发出的冲击波对材料进行照射，将材料表面加热到汽化温度，突然汽化导致极高的应压力，使材料表面发生塑性形变，行程密集的错位、空位和空位团，从而改变材料表面的组织和力学性能。
这是激光热处理的一种形式。
其他还有激光淬火、激光熔凝、激光合金化、激光熔覆。
激光表面优化处理技术是利用高能激光对金属、合金、陶瓷和复合材料或零部件进行表面优化处理，从而提高材料和零部件的抗磨损、抗疲劳、耐腐蚀、防氧化等性能，延长其使用寿命，是近二十年来发展起来的一种新兴材料表面处理技术。
1激光表面处理设备激光表面处理设备主要包括激光器和外围装置等。
1.1激光器工作物质、激励源和谐振器三者结合在一起称为激光器。
激光器的种类主要有固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器和化学激光器。
固体激光器的输出功率高，广泛应用于工业加工方面，并且可以做到小而耐用，使用野外作业。
激光表面淬火名词解释
激光表面淬火名词解释
激光表面淬火是一种采用激光作为热源进行加热和淬火处理的
表面处理方法。
其基本原理是利用激光束的高能量密度，将激光能量聚焦在材料表面的小区域上，瞬间加热材料表层，然后迅速冷却，使其产生快速固化和淬火的效果。
激光表面淬火的主要特点包括：
1. 高能量密度：激光束聚焦后能量密度非常高，可以瞬间加热材料表层到很高的温度，达到淬火的要求。
2. 快速加热和冷却：激光能量作用时间非常短暂，可以实现快速加热和冷却的效果，避免了传统淬火中可能产生的变形和裂纹等问题。
3. 局部性能改善：激光表面淬火只在局部区域进行处理，可以有选择性地改善材料表面的性能，同时保持材料的内部结构不变。
4. 精确控制：激光表面淬火可以通过调整激光功率、扫描速度和淬火参数等来精确控制材料的淬火效果，实现定制化的处理。
激光表面淬火在工业生产中广泛应用于金属材料的硬化处理、提高材料表面硬度和耐磨性、改善材料的耐腐蚀性能等方面，具有高效、精确、可控等优点。
激光热处理实训报告小结
一、引言激光热处理作为一种高效、精确的表面处理技术，在金属加工领域得到了广泛应用。
为了更好地了解激光热处理技术，我们开展了为期一周的实训活动。
通过本次实训，我们对激光热处理的基本原理、设备操作、工艺参数以及应用等方面有了较为全面的了解。
以下是对本次实训的小结。
二、实训目的1. 熟悉激光热处理的基本原理和工艺流程；2. 掌握激光热处理设备的操作方法和注意事项；3. 了解激光热处理在金属材料加工中的应用；4. 培养团队合作精神和实践能力。
三、实训内容1. 激光热处理基本原理激光热处理是利用高功率密度的激光束对金属材料进行局部加热，使其在短时间内达到所需的温度，然后迅速冷却，从而改变材料表面或内部的金相组织结构，提高其性能。
激光热处理具有加热速度快、热影响区小、变形小、可控性强等特点。
2. 激光热处理设备实训过程中，我们接触了多种激光热处理设备，如CO2激光器、YAG激光器、光纤激光器等。
这些设备具有不同的功率、波长和光束质量，适用于不同材料和工艺要求。
3. 激光热处理工艺参数激光热处理工艺参数主要包括激光功率、扫描速度、扫描间距、冷却速度等。
这些参数对处理效果和材料性能有重要影响。
实训中，我们学习了如何根据材料种类、尺寸、形状等因素选择合适的工艺参数。
4. 激光热处理应用激光热处理广泛应用于模具、刀具、汽车零部件、航空器件等领域。
实训过程中，我们了解了激光热处理在提高材料硬度、耐磨性、耐腐蚀性等方面的作用。
四、实训过程1. 学习激光热处理基本原理，了解激光束与材料相互作用的基本规律；2. 观摩激光热处理设备操作，熟悉设备的基本构造和功能；3. 实际操作激光热处理设备，按照工艺参数对金属材料进行加热和冷却；4. 分析处理效果，观察材料表面和内部的金相组织变化；5. 总结实训经验，撰写实训报告。
五、实训成果1. 掌握了激光热处理的基本原理和工艺流程；2. 熟悉了激光热处理设备的操作方法和注意事项；3. 了解了激光热处理在金属材料加工中的应用；4. 培养了团队合作精神和实践能力。
模具保养作业中的激光热处理与材料改性技术
模具保养作业中的激光热处理与材料改性技术模具是现代工业生产中不可或缺的工具，其承担着零件成型、制造流程的关键性任务。
然而，模具的使用过程中，由于长时间受到重负荷的冲击，摩擦磨损等因素，容易导致模具寿命缩短、性能下降等问题的发生。
为了解决这些问题，激光热处理与材料改性技术被广泛应用于模具保养作业中。
本文将深入探讨激光热处理与材料改性技术在模具保养中的应用和发展。
一、激光热处理技术在模具保养中的应用1. 原理与技术特点激光热处理是通过激光束加热材料表面，使其达到临界温度以上，然后在控制冷却速度的条件下进行淬火或回火处理。
激光热处理技术具有高能量密度、瞬时性、局部性强等特点，能够达到传统热处理技术无法比拟的优势。
2. 硬化与淬火模具在使用过程中，表面易受到摩擦和冲击的影响，导致表面变硬和磨损，进而影响模具的寿命和性能。
激光热处理技术可以针对模具表面进行硬化与淬火处理，提高其硬度和耐磨性。
通过精确控制激光束的功率和作用时间，可以实现模具表面的局部硬化，从而延长模具的使用寿命。
3. 回火处理激光热处理技术还可以对模具进行回火处理，通过控制回火温度和时间，调节模具的结构组织，从而改善模具的硬度和韧性，提高其抗冲击性能。
回火处理不仅可以改善模具的性能，还可以减轻应力和组织的变化，提高模具的稳定性。
二、材料改性技术在模具保养中的应用1. 涂层技术涂层技术是将耐磨材料涂覆在模具表面，形成一层保护层，既能提高表面硬度，又能增加模具的耐磨性。
常用的涂层材料包括金属陶瓷涂层、氮化物涂层等。
涂层技术可以延长模具的使用寿命，提高模具的耐磨性和抗腐蚀性。
2. 表面改性表面改性技术是通过改变模具表面的化学成分和物理结构，提高其耐磨性和耐腐蚀性。
常见的表面改性技术包括等离子喷涂、离子渗氮、离子渗铬等。
这些技术可以在模具表面形成一层致密的硬化层，从而提高模具的耐用性和抗腐蚀性。
3. 材料合金化材料合金化是通过将模具材料与其他元素合金化，改变材料的结构和性能。
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。
激光热处理
激光热处理激光热处理是七十年代出现了大功率激光器以后才开始研究的新技术。
由于激光热处理可以获得其他热处理技术所不能达到的效果，因而对它的研究应用日益广泛和深入。
激光热处理就是以激光作为热源的热处理。
将激光束扫描至零件表面上。
其红外线能量被零件表面吸收而迅速形成高温，可使金属产生相变甚至熔化。
随着激光束离开零件表面，其表面的热量迅速向内部传递而形成极高的冷却速度，而使零件的表面硬化。
激光热处理与常规热处理比较具有以下优点(1)加热快，工件热变形小。
因激光功率密度高，半秒内就可以将工件表面从室温加热到760度，因而热影响区小，变形极小。
这样，不仅节省能源，而且工作表面清洁，处理后无需修磨，可在零件经加工后作为最后一道工序。
(2)可对形状复杂的工件或其局部进行热处理，如盲孔、小孔、小曹、薄壁零件等;也可根据需要在同一零件的不同部位进行相应的处理；还可对价廉的零件表面进行高级金属的局部涂敖或合金化。
(3)通用性强。
由于激光焦深大，在离焦点75毫米左右的范围内功率密度基本相同。
因此，激光热处理对工件尺寸大小及表面是否平整均无严格的限制。
用一台带光学系统的激光器可以处理不同形状和各种尺寸的工件。
(4)操作简单。
便于实现自动化生产。
生产重复性好，质量稳定可靠，并可纳入流水线。
(5)无需处理介质。
有利于环境保护。
必要时又可使零件在特殊气氛（例如真空）中进行处理。
上述的优点是某些先进的热处理工艺难以达到的。
但是激光热处理的弱点是：它是一种表面处理方法，无法改变改善零件芯部性能；处理层太薄，不能用于重负荷零件，也不适用于大型零件。
国外采用的激光处理装置的形式颇多，但一般应包括以下几部分:激光器、功率调节系统、聚焦系统、导光系统、光束摆动机构、聚焦镜头、工作台及控制系统。
美国avco 公司在这方面处于领先地位，已有供自动生产使用的激光热处理装置出售。
附图AVCO Everett激光器及热处理装置示意图AVCO Everett实验研究所设计的HDL型工业用激光器及热处理装置示意图。
激光表面热处理技术要求
激光表面热处理技术要求1. 引言激光表面热处理技术是一种利用激光束对材料表面进行加热和处理的先进工艺。
通过控制激光的功率、聚焦方式和扫描速度等参数，可以实现对材料表面的快速加热和冷却，从而改变材料的组织结构和性能。
本文将详细介绍激光表面热处理技术的要求和应用。
2. 激光表面热处理技术的要求2.1 加热温度控制要求激光表面热处理技术需要精确控制加热温度，以确保所需的材料组织结构和性能得到有效改善。
加热温度过高可能导致材料融化或发生过烧现象，而加热温度过低则无法达到预期效果。
因此，对于不同材料和应用场景，需要确定合适的加热温度范围，并通过实验和模拟等手段来验证。
2.2 加热速率控制要求激光表面热处理技术需要快速加热和冷却材料表面，以实现对材料组织结构的精确控制。
加热速率过慢可能导致材料发生过烧或晶粒长大，而加热速率过快则可能导致材料变形或开裂。
因此，需要通过优化激光功率、扫描速度和聚焦方式等参数，来实现合适的加热速率。
2.3 材料选择和预处理要求不同的材料对激光表面热处理技术有不同的要求。
例如，金属材料需要具有良好的导热性和可溶性，以便在激光加热过程中快速传递和吸收能量。
而非金属材料则需要具有较高的吸收率和较低的反射率，以提高能量转化效率。
此外，在进行激光表面热处理之前，还需要对材料进行适当的预处理，例如清洗、抛光、喷涂等。
2.4 加工参数控制要求激光表面热处理技术的加工参数包括激光功率、扫描速度、聚焦方式、激光束直径等。
这些参数的选择和控制将直接影响到加热温度和加热速率的控制效果。
因此，需要通过实验和模拟等手段，确定合适的加工参数范围，并在实际应用中进行验证。
2.5 表面质量要求激光表面热处理技术可能会对材料表面造成一定程度的熔化、氧化或残留应力等影响。
因此，需要对加工后的材料表面进行质量检测和评估。
常用的表面质量检测方法包括金相显微镜观察、扫描电子显微镜观察、硬度测试等。
3. 激光表面热处理技术的应用3.1 金属材料改性激光表面热处理技术可以通过控制材料表面组织结构和相变行为，来改善金属材料的力学性能、耐腐蚀性能和耐磨性能等。
激光表面处理
建筑业
水泥搅拌浆 砖成型机桥与心轴强化等修复 鼓风机叶片 易磨损传送零部件 滚炉拖轮、各类轴承、轴套等
印刷工业
造纸烘缸、压辊等修复。 印刷机油墨滚筒强化与修复 印刷辊轮表面强化与修复 印染设备修复与防腐
电机轴激光熔覆修复
风机叶片激光修复
水泵轴激光修复
液压杆修复
煤矿截齿熔覆修复
船舶
船用曲轴修复 舵杆修复 船用缸套修复 联轴节内胆修复 联轴节外套修复 抛锚机传动轴修复
石油石化
阀门、阀芯的激光熔覆防腐 连接螺纹淬火 石油钻头的激光强化 耐磨套激光熔覆
矿山机械
减速机齿轮修复 剥离机节齿联部位激强化 矿井液压支柱表面损伤修复 大型提升机修复 翻斗车零件修复 分粒过滤网强化与修复 煤碳运送丝杆强化与修复
汽车模具激光淬火
高速齿轮轴激光淬火
大型辊轴表面激光淬火
激光熔覆应用举例
冶金
支撑辊轴颈位的磨损修复 板线材的扁头套修复 风机叶片磨损修复 万向节套筒、交叉头修复 管材生产线 V 形传辊表面强化 线材生产线导卫锟的表面强化 轧辊的表面毛化处理 轧辊表压挤伤沟在线修复 轧辊颈轴磨损的修复 输送辊道修复与强化 轧机垫板修复、防腐与耐磨处理 钼顶头的表面强化 飞剪表面修复与强化 减速机箱机修复与强化 钼顶头的表面强化
激光表面处理基本工艺
激光熔覆
激光熔覆技术是一新型、高效、无接触、便捷加工的重要手段，其利用自动送粉器将 粉末送到激光熔池中或预置粉末， 使合金粉末与基体同时熔化， 形成金属覆盖层的工 艺过程。激光熔覆是一种冶金结合，既具有传统埋弧焊所具有的结合力强、不脱落的 特点，同时又具有喷涂结合所具有的工件变形小的特点，不破坏工件的调质性能，适 用于承受大载荷、高速运动部件的修复。在激光光源能够入射、工件可装夹、了解工 件工况与基材成分的前提下，激光熔覆几乎可修复所有因磨损而导致其失效的零件。
激光表面热处理技术在油管加工中的应用
激光表面热处理工 艺流程及技术关键
１．工艺流程 （１）激光表面热处理系统构成激光表面热 处理系统由高功率ＣＯ：激光器、功率计、光闸、 导光系统、反射镜、聚焦镜及旋转工作台等设备组 成。激光最大连续输出功率为２ ｋＷ，常用输出功 率在ｌ ｋＷ左右就能满足常规热处理要求。将激光 输出能量通过功率计、光闸、导光系统并将水平输 出的激光经９００反射镜使激光垂直向下输出，再通 过聚焦透镜将西３０ ｍｍ的激光聚焦成细光照射到零 件表面。通过零件的旋转和光束的移动，在零件表 面就可得到经过热处理的圆环。激光表面热处理系 统示意图如图１所示。
引
言
度后，快速冷却而形成自淬火，淬火部分呈超细化 的马氏体组织，硬度比淬火前提高近２倍，得到
０．１—１．０
油管是油田开采的主要耗材，油管加工厂家和 采油作业单位对油管螺纹的加工精度、螺纹脂的选 择、上卸扣扭矩等都进行了较为详细的研究；也通 过采用油管整体淬火的方法提高其性能，从而提高 螺纹抗粘扣的能力，但由于成本较高，没得到推 广。激光表面淬火工艺是快速强化零件表面的新技 术，处理后的表面具有超细化的组织结构，硬度 高，耐磨性好，且处理速度快，热影响区小，变形 小，成本低，可有效地解决油管粘扣问题。为此， 河南石油勘探局机械制造厂把激光表面热处理新工 艺应用于油管和接箍的加工工艺中，显著提高了产 品质量，降低了生产成本，使产品的生命力和市场 竞争力大大提高。激光表面热处理新技术在油管和 接箍的加工乃至石油机械零部件上的推广应用中具 有非常显著的经济效益。
图１激光表面热处理系统示意图 １—Ｃ０２激光器；２一功率计；３－－光闸；４一导光系统；
５、７一反射镜；６一聚焦镜；８一零件；９一旋转工作台
度１３级）。样品的淬硬区、热影响区和母材的金 相组织均符合标准要求。 （４）上卸扣试验 对样品进行上卸扣试验， 上卸扣各１０次，均未出现粘扣现象，接箍和管体 螺纹仍很光滑，达到预想的效果。但为了确定最佳 处理方案，又进行了交叉对比试验，试验结果见表
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先进制造技术
——激光表面热处理技术摘要：激光表面处理技术是融合了现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多学科技术的高新技术，包括激光表面改性技术、激光表面修复技术、激光熔覆技术、激光产品化技术等，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组合，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。
关键字：激光表面热处理
正文：激光是一种相位一致、波长一定、方向性极强的电磁波,激光束由一系列反射镜和透镜来控制,可以聚焦成直径很小的光(直径只有0.1mm),从而可以获得极高的功率密度(104~109W/cm2)。
激光与金属之间的互相作用按激光强度和辐射时间分为几个阶段:吸收光束、能量传递、金属组织的改变、激光作用的冷却等。
它对材料表面可产生加热、熔化和冲击作用。
随着大功率激光器出现,以及激光束调制、瞄准等技术的发展,激光技术进入金属材料表面热处理和表面合金化技术领域,并在近年得到迅速发展。
激光表面处理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,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法。
激光表面热处理是以激光作为热源的表面处理技术，其研究的是金属材料及其制品在激光的作用下组织和性能的变化规律，以及它在
工业行业中所必须解决的工艺和装备因此激光热处理是涉及化学、材料科学与工程、机械和自动控制工程等多学科的高新技术，是传统热处理的发展与补充。
采用激光热处理可以做到其它热处理方式难以实现的技术目标，所以国内外对于激光热处理的研究、开发和应用都正处于上升阶段。
激光表面热处理特点主要有：
1.在零件表面形成细小均匀、层深可控、含有多种介稳相和金属间化合物的高质量表面强化层。
其应用的潜力首先在于大幅度提高表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的的能力以及制备特殊的耐腐蚀功能表层。
2.强化层与零件本体形成最佳的冶金结合，解决许多传统表面强化技术难以解决的技术关键。
3.依靠零件本体热传导实现急冷，无需冷却介质而冷却特性优异。
4.与各种传统热处理技术相比具有最小的变形，可以用处理工艺来控制变形量。
5.可处理零件的特定部位以及其它方法难以处理的部位，以及表面有一定高度差的零件, 可进行灵活的局部强化。
6.一般无需真空条件，即使在进行特殊的合金化处理时，也只需吹保护性气体即可有效防止氧化及元素烧损。
7.配有计算机控制的多维空间运动工作台的现代大功率激光器，特别适用于生产率很高的机械化、自动化生产。
8.生产效率高、加工质量稳定可靠、成本低，经济效益和社会效益好。
激光表面热处理按照处理过程中因为采用的工艺方式不同或者采用相同的工艺方式中因参数的大小不同而产生不同的组织性能，可分为多种处理工艺，包括激光相变硬化，激光表面熔凝激光表面合金化，激光表面熔覆，激光表面冲击等，这些表面处理方法都利用了激光的高亮度、高方向性、高单色性和高相干性综合优异性能。
1.激光表面淬火
激光淬火技术，是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。
激光淬火的功率密度高，冷却速度快，不需要水或油等冷却介质，是清洁、快速的淬火工艺。
激光表面淬火的特点，激光表面淬火是一种利用高能量激光束扫描工件使被扫描的区域表面硬化的技术。
（1）激光淬火是快速加热、自激冷却，不需要炉膛保温和冷却液淬火，是一种无污染绿色环保热处理工艺，可以很容易实行对大型模具表面进行均匀淬火。
（2）由于激光加热速度快，热影响区小，又是表面扫描加热淬火，即瞬间局部加热淬火，所以被处理的模具变形很小。
（3）由于激光束发散角很小，具有很好的指向性，能够通过导光系统对模具表面进行精确的局部淬火。
（4）激光表面淬火的硬化层深度一般为0.3～1.5mm。
对大型齿轮的齿面、大型轴类零件的轴颈进行淬火，表面粗糙度基本不变，不需要后续机械加工就可以满足实际工况的需求。
激光熔凝淬火技术是利用激光束将基材表面加热到熔化温度以上，由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶的工艺过程。
获得的熔凝淬火组织非常致密，沿深度方向的组织依次为熔化-凝固层、相变硬化层、热影响区和基材。
激光熔凝层比激光淬火层的硬化深度更深、硬度要高，耐磨性也更好。
该技术的不足之处在于工件表面的粗糙度受到一定程度的破坏，一般需要后续机械加工才能恢复。
为了降低激光熔凝处理后零件表面的粗糙度，减少后续加工量，本司配制了专门的激光熔凝淬火涂料，可以大幅度降低熔凝层的表面粗糙度。
现在进行激光熔凝处理的冶金行业各种材料的轧辊、导卫等工件，其表面粗糙度已经接近激光淬火的水平。
激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面，效果
显著，取得了很大的经济效益与社会效益。
近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用。
2.激光表面熔覆
激光表面熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐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并与基体材料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、抗氧化及电器特性等的工艺方法。
激光熔覆的特点
（1）由于激光的快速加热和冷却过程，激光熔覆层组织细小，结构致密。
（2）由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热过程，激光熔覆对基材的热影响小，引起的变形小。
激光熔覆可以有效地修补裂痕、崩角以及磨损的密封边。
（3）激光束的功率、位置和形状等能够精确控制，易实现选区甚至微区熔覆修复。
（4）熔覆层的稀释率小，可精确控制，熔覆层成分具有可设计性。
（5）无接触型处理，能实现自动化和柔性加工。
目前激光熔覆技术进一步面临主要问题①对激光熔覆过程裂纹的形成和行为缺乏深入的研究；②尚缺乏特别针对激光熔覆过程特别的容辅材料；③激光熔覆过程的检测和实施的自动化控制不够完善。
其中，裂纹的问题尤为严重。
3.激光表面合金化
激光表面合金化是采用激光加热，使金属表面合金化，以改变其化学成分、组织和性能的方法，利用高能密度的激光束快速加热熔化特性，使基材表层和添加的合金元素熔化混合，从而形成以原基材为基的新的表面合金层。
⑴合金层硬度
以WC/Co为添加粉末合金化后，主要获得M6C型碳化物，硬度约为1300HV，由于碳化物量很流，呈细网格分布，基体又为马氏体组织，所以表面硬度达1000HV以上。
Cr3C2合金化以后，组织特征为基体上分布分布着网状碳化物，析出的碳化物为M7C3型，这种碳化物硬度高达2100HV，由于合金碳化物在基体中分布较稀。
故表层硬度也只有1000HV 左右。
在WC/Co中加入Ni粉以后，合金层中碳化物类型并不发生变化，但基体中出现奥氏体。
Ni的加入量越多，奥氏体量越高。
硬度也随着下降。
激光表面合金化，可以根据合金化成分构控制，得到高硬度的合金层。
⑵激光表商合金化的磨损性能
静载滑动磨损时，在单束斑扫描条件下，以WC/Co合金化时的耐磨性比45钢（淬火态），提高17倍以上，比Cr3C2/Ni-Cr 提高12倍。
宽带扫描时，用WC/Co合金化后，耐磨性提高28倍。
激光表面合金化的强化机制，是相变硬化、固溶强化和碳化物强化的综合强化结果。
WC/Co合金化后基体为马氏体，M6C型碳化物的硬度为1300HV左右，在磨损时，将首先选择性磨损马氏体基体，碳化物渐渐露出磨面，由于碳化物网的支撑作用，所以合金化展表现出极高的耐磨性。
激光热处理现有水平及发展趋势，激光热处理具有加热和冷却速度快、工件变形小、可进行局部热处理、工艺灵活性大、污染小和易实现自动化等优点。
目前,国外应用较多的激光热处理主要有激光表面相变硬化、激光冲击处理、激光表面合金化和激光表面熔凝等。
激光表面相变硬化处理现已用于铸铁、碳钢、合金钢、钛合金、铝合金等材料。
美国海军面射武器中心及陆军导弹分部对用于导弹上的凸轮、轴承、齿轮等零件进行激光表面相变硬化代替渗碳或渗氮工艺而取得了成功。
该阶段的主要特点:1.激光热处理设备已商业化,正朝小型化、自动化和柔性化方向发展;2.激光表面相变硬化处理工艺日趋成熟,广泛用于汽车、航空航天、武器等工业部门;3.激光表面合金化工艺因具有极大的经济效益,倍受各国的重视,研究工作进展较大,但仍处于基础工艺试验、组织分析和性能试验的实验室研究阶段,尚未进入工业应用;4.开展了激光涂覆处理、激光表面熔凝、激光脉冲冲击强
化处理和激光渗氮处理等工艺的研究。
随着激光技术的发展,激光器功率的提高,激光热处理的优点日趋明显,从而推动激光热处理的迅速发展。
激光热处理作为一种很好的节能型热处理工艺也是其迅速发展的动力之一。
参考文献：[1]刘勇，田保红，刘素芹著. 先进材料表面处理和测试技术. 北京：科学出版社，2008
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