激光表面处理技术共45页文档
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-2024铝合金的激光表面处理
圆形小颗粒均匀分布表面，进一步推测可能是化学成分发生了变 化，这种变化可能也有利于提高界面结合
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• 结论
• 1 激光表面处理在提高粘结断裂能方面与其 他方法相比有明显优势； • 2 通过对改性后微观及纳米形貌的研究，认 为基体与粘结剂结合为机械互锁，也可能 为化学健结合； • 3 指出下一步研究方向为界面结合的持久 性以及辐射表面化学改性的本质。
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第三，激光渗碳、硼、金属。激光渗碳和传统的体 渗碳相比较，突出的优点是工艺时间非常短。激光 渗金属的特点是渗透层合金元素的浓度大大超过其 平衡浓度。 第四，激光改性与常规热处理复合。 第五，激光改性与离子注入改性复合。 第六，激光与等离子复合的表面改性。 可以预期，随着人们对于各种激光与材料相互作 用的研究和认识的深化，以及工艺研究的进展，不 仅现有各种新方法会逐步完善和实用化而且必将不 断地出现更多的材料表面激光改性新技术。
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1.4 激光表面技术
• 激光表面强化技术
• • • • 激光相变硬化 激光表• • • • • 激光气相沉积 激光化学热处理 激光非晶化 激光毛化 激光清洗
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2 文献内容
2.1 AA2024铝合金激光涂覆Ti–Al–Fe–B涂层的 微结构和耐磨性研究
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– 1960年年中，IBM实验室利用CaF2中的三价铀制成了第 一台四能级固体激光器； – 1960年12月，BELL实验室的Javan，Bennett和 Herriott制成了第一台氦氖气体激光器； – 1962年，GaAs半导体激光器； – 1963年，液体激光器； – 1964年，CO2激光器； – 1964年，离子激光器； – 1964年，Nd：YAG固体激光器； – 1965年，HCl化学激光器； – 1966年，生物染料激光器；
激光表面热处理技术
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。
激光表面处理
激光的特征
▪ 2、亮度高 所谓亮度，是光源在单位面积上向某一方向 的单位立体角内发射的光功率。亮度与发光 面积与光源的发散角成反比，与发射的功率 成正比。激光束的面积比普通光源的发光面 积小得多。激光的发散角是普通光源的几百 万分之一，所以亮度很高。至今为止，只有 氢弹爆炸的瞬间所产生的闪光，才可与之相 比。
能。
Fe基材料： 105W/cm2，1.855ms达到升华温度 107W/cm2，0.186μs达到升华温度
2
激光技术
激光(laser)一词来源于译音 “莱塞”港、台、澳 等地称为“镭射”。原意是受激辐射的光放大。 1964年，我国科学家钱学森教授建议把当时流行 的“莱塞”、和“光量子放大器”等名称统一起 来，定名为“激光”，一直沿用至今。激光的最 初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文 名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。 意思是“受激辐射的光放大”。也就是说，激光 是一种光，是一种受激辐射产生的光放大。
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激光加工的特点
▪ 不需要加工工具，不存在工具损耗 ▪ 几乎能加工所有的材料（对透明材料，采取
色化和打毛措施，仍可加工） ▪ 加工速度快、效率高、热影响区小 ▪ 适应于加工深的微孔、窄缝直径可小至几个
微米
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激光表面处理的特点
▪ 改性层有足够的厚度（0.1~1.0mm） ▪ 结合状态好。改性层内部及与基体材料之间是致密
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激光与普通光的区别
▪ 激光的发光机理与普通光有很大不同。普通光是由 自发辐射产生的，而激光是由发射放大而产生的。 自发辐射过程中产生的光子没有统一的步调，不仅 辐射出的光子有先有后，波长有长有短，而是传播 方向也不一致，射向四面八方。物理学上把自发辐 射产生的光称为非相干光。受激辐射产生的光子在 频率、相位、振动方向和传播方向上均与诱发光子 完全相同。这种受激辐射产生的光称为相干光。受 激辐射会产生光放大效应：受激辐射过程产生并放 大的光，就是激光。可见，受激辐射放大就是激光 产生的机理。
激光加工4表面处理
2.5
100
2.0
Weight loss (mg)
80
Microhardness (HV0.1)
1000
800
Weight loss (mg)
1.5 1.0 0.5 0.0
60
600
40
400
20
200
Ni60+15%WC X+10%TiN
X+20%TiN
X+30%TiN
0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0.1 and 2 mm thick, while avoiding evaporation.
These requirements limit the ranges of processing parameters as well as the type of laser that can be used.
the coating material and a thin layer of the substrate to form a pore- and crack- free
coating 0.1 mm ~ 2 mm thick with low dilution that is perfectly bonded to the substrate. Advantages of Laser cladding : • Thickness: 0.1 mm ~ 2 mm
合金等；添加的合金元素有Ni、Cr、W、Ti、Co、Mn、Mo、B等。
三、表面合金化
研究重点有如下四个方面。 1）工艺研究。包括工艺方法、合金元素和工艺参数（激光光斑形状与 尺寸、功率、扫描速度等）的选配等研究工作。
激光表面处理技术及其进展
激光表面处理技术摘要：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。
激光技术在其他领域也得到了广泛的运用，如：军事上，激光武器的研发与实际生产；医疗上，运用激光做手术。
我认为激光技术在未来将会运用的越来越广。
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。
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。
《激光表面处》课件
05
CATALOGUE
激光表面处理质量检测与评价
激光表面处理的缺陷与检测方法
表面粗糙度
采用表面粗糙度测量仪进行检测，了解表面 微观形貌。
裂纹
通过目视或放大镜观察表面是否存在裂纹， 必要时可采用无损检测技术。
气孔与夹杂
采用金相显微镜观察表面是否存在气孔和夹 杂物。
硬度不均
采用硬度计检测表面硬度的分布情况，确保 处理均匀。
激光表面处理与其他先进技术的结合
01 02 03
激光表面处理与纳米技术的结合
纳米技术是一种新兴的技术领域，具有巨大的应用潜力。 将激光表面处理技术与纳米技术相结合，可以实现纳米材 料在金属表面的可控沉积和修饰，进一步提高材料的性能 和功能。
激光表面处理与等离子喷涂技术的结合
等离子喷涂技术是一种常用的表面处理技术，具有喷涂材 料广泛、涂层性能优异等特点。将激光表面处理技术与等 离子喷涂技术相结合，可以实现高效、环保的表面处理， 提高材料的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性能。
选择合适的材料
根据处理需求选择合适的基材和涂层材料， 确保与激光工艺相匹配。
加强过程控制
严格控制环境温度、湿度、清洁度等，确保 处理过程不受外界因素干扰。
设备维护与更新
定期对设备进行维护保养，及时更新老旧设 备，提高设备性能和稳定性。
06
CATALOGUE
激光表面处理技术的发展趋势与展望
新材料表面激光处理技术的研究与应用
应用领域
广泛应用于航空航天、汽 车、模具等领域的耐磨、 耐腐蚀、抗氧化等表面强 化。
激光合金化技术
合金元素
选择需要的合金元素，如 钛、铝、铬等，通过激光 加热使其与基材表面材料 发生合金化反应。
激光表面处理技术及其进展模板
激光表面处理技术及其进展激光表面表面处理技术及进展许彦明指导老师: 宋世涛( 河北科技师范学院理化学院化学0703班) 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)经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)一般, 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, 处理过程中工件能够运动, 故特别适合组织自动化处理线。
6)激光束便于经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。
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。
激光表面处理技术共47页
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于术
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
2.3.3 快速凝固制备技术(4)激光表面处理
表面熔凝法也是对工件的原始表面直接进行激光照射，但能量密度较大， 表面熔凝法也是对工件的原始表面直接进行激光照射，但能量密度较大， 法也是对工件的原始表面直接进行激光照射 使表面发生熔化并快速凝固，除了激光加热的热影响区外， 使表面发生熔化并快速凝固，除了激光加热的热影响区外，在表面 上形成一层快速凝固组织，如图2-66b所示。 所示。 上形成一层快速凝固组织，如图 所示 表面合金化法是先在工件表面涂覆一层合金化材料， 表面合金化法是先在工件表面涂覆一层合金化材料，在激光束加热过程 法是先在工件表面涂覆一层合金化材料 涂层和工件原始表面均发生熔化并混合， 中，涂层和工件原始表面均发生熔化并混合，将合金化元素加人表 面层中，使工件表面成分发生变化，并实现快速凝固，如图2-66c 面层中，使工件表面成分发生变化，并实现快速凝固，如图 所示。 所示。
2012-2-28
7
目录
图2-67 熔化区与凝固区的形状
2012-2-28
b —熔区宽度 D —熔区深度 熔区宽度 熔区深度
8
目录 在凝固区内凝固速率R（ 在凝固区内凝固速率 （即液固界面在法线方向上的推进速 与激光束扫描速度u 度）与激光束扫描速度 b之间的关系由下式给出 （2-128） ）
R = u b cosθλ τ2012 Nhomakorabea2-28
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目录 激光表面处理过程熔化区与凝固区的形状及导热条件， 激光表面处理过程熔化区与凝固区的形状及导热条件，如图 2-67所示。 所示。 所示 激光束沿u 所示的方向移动，并形成一个液相区 液相区。 激光束沿 b所示的方向移动，并形成一个液相区。 液相区的前部为熔化区，固相不断被熔化，而后部为凝固区， 液相区的前部为熔化区，固相不断被熔化，而后部为凝固区， 凝固区 液相重新凝固。 液相重新凝固。 熔池的深度是由激光束的辐射能流率和扫描速度决定的。 熔池的深度是由激光束的辐射能流率和扫描速度决定的。 是由激光束的辐射能流率和扫描速度决定的