激光表面改性讲解

激光表面淬火 激光表面熔覆
激光表面改性
激光表面合金化 激光表面毛化 激光冲击硬化
激光淬火
激光淬火是将104～105W/cm2高功率密度的激光束作用在工件表面，以105～
106℃/s的加热速度将工件表面极薄的一层（0.1~1.0mm范围内）迅速升温至 相变点以上，此时工件的基体还处于冷态，由于热传导的作用，表面的热量 迅速传到工件其他部位，以105℃/s的速度快速冷却到马氏体相变点以下，从 而实现自冷淬火，产生相变硬化。 从理论上讲，激光淬火的冷却速度比一般热处理淬火的冷却速度要提高约
殊部位，只要光束能照射到的部位均可进行处理。
• 4、可进行大型零件局部表面以及形状复杂零件的硬化处理。 • 5、淬硬层深度可精确控制。 • 6、可以实现自冷淬火，不需要油或水等介质。
轴毂激光表面淬火
卷曲机大面积激光相变
齿轮轴激光表面淬火
齿圈周向螺旋扫描激光淬火
激光表面淬火 激光表面熔覆
激光表面改性
激光表面合金化与激光表面熔覆的不同在于: 1.激光表面合金化是使添加的合金元素和基材表层在液态下充分混合而形成 合金化层。 2.而激光表面熔覆则是使预涂层全部熔化而基体表层微熔,从而使熔覆层与 基体材料形成冶金结合而保持熔覆层的成分基本不变。
激光表面合金化
激光合金化和激光熔覆技术主要用来提高材料的表面耐磨、耐蚀和 抗氧化等性能。 经过激光合金化处理后的材料，表面是高性能的合金层，材料内部 仍然是廉价的基体材料。
张 力
激光表面毛化
在毛化过程中辅以一定成分和压力的气体沿一定角度侧吹熔池中的 熔融物,使其按一定要求堆积到熔池边缘,形成具有一定形貌的表面 硬化的微坑和坑边凸台结构,如图1所示。
激光表面合金化 激光表面毛化 激光冲击硬化
激光表面熔覆
原理及分类： Laser Cladding ，LSC，亦称激光包覆、激光涂覆、激光熔敷。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冶金结合的添料熔覆 层，以改善其表面性能的工艺。 根据熔覆材料添加方式的不同，分为同步送料法LSC和预置涂层法 LSC两种工艺方法。
激光表面处理
原理 通过将高功率密度激光束向工件表面进行照射，光能被工件表面所 吸收，光能转换成热能，从而实现表面处理。
主要设备
包括激光器、功率计、导光聚焦系统、工作台、数控系统和软件编 程系统等构成 优势
柔性激光加工系统示意图
激光表面改性主要用于改善金属制品的表面性能，它可以显著提高 金属零件表面的硬度、强度、耐磨性、耐蚀性和高温性能等，从而 大大提高产品的质量，延长产品的使用寿命，降低成本。
1000倍。
奥氏体
激光淬火
“维 氏硬 度”
该淬火区显微硬度沿深度方向的分布曲线图
45钢表面激光淬火区横截面金相组织图
激光淬火
优点：
• 1、 淬硬层晶粒细化，硬度比常规淬火提高15％～20％。 • 2、加热速度极快，工艺周期短，生产效率高，成本低，工
艺过程容易实现计算机控制。
• 3、对于槽壁（底）、小孔、盲孔、深孔以及腔筒内壁等特
激光表面淬火 激光表面熔覆
激光表面改性
激光表面合金化 激光表面毛化 激光冲击硬化
激光表面合金化
概念及性质 是在高能量激光束的作用下将一种或多种 合金元素和基体材料表层一起迅速熔化后 凝固,在材料表面获得合金层的方法。 这种方法既改变了材料表面的化学成分, 又改变了表面的组织结构和物理状态。 与之前的激光表面熔覆有什么区别？
激光表面淬火 激光表面熔覆
激光表面改性
激光表面合金化 激光表面毛化 激光冲击硬化
激光表面毛化
原理
轧辊表面
激光毛化是用高能量密度( 104W/cm2至106W/cm2)、高重复频率 (每秒数千次至上万次)的脉冲激光束聚焦照射到材料表面，局部熔 化、汽化,形成若干微小熔池（毛化关键）。由于热传递，在熔池横 向和纵向产生温度梯度形成张力，决定了熔池内熔化材料是从四周 向中心或从中心向四周流动。激光作用后，变形熔池快速冷却凝固 形成毛化点。若熔流从中心向四周流动，熔池四周隆起而中心塌陷， 凝固后的毛化点为凹坑；若熔流从四周向中心流动，熔池中心隆起， 凝固后的毛化点形成凸台。
同步送料法LSC示意图
激光表面熔覆
预置涂层法LSC示意图
激光表面熔覆
工艺特点： ① 可获得各种所需性能的涂层，厚度可达6～7mm；工艺易控制；粉热影响区小，稀释率低； ④ 涂层组织细密，但易产生气孔和裂纹，不适于在较大面积的工件 上进行强化或修复。
枝晶状的氮化物表层
激光表面合金化
优点:
(1)基体的热变形小,可通过控制激光辐射条件,改变激光条件( 激光功率密度、扫描速度等)以及氮束流等因素来控制和实现 氮化; (2)加工条件简单,无须高真空,样品在大气气氛中常压下即可 实现氮化; (3)以氮气为反应气体,经济无污染; (4)可以处理复杂构件; (5)能够有选择的对局部区域进行快速氮化处理,氮化时间短;
激光表面合金化
最早的激光表面合金化方式是激光气体氮化。激光气体氮化工艺的研究始于 1983年,它是利用高能激光束为热源,照射工件表面使其熔化形成液相金属熔池;
同时,在高纯氮气气氛下,高能激光束将氮气的三键打开,将其激活为活性氮原子。 进而在熔池中与金属液体发生强烈化学/冶金反应,随着热源的移动,快速冷却凝 固,形成枝晶状的氮化物表层。 最终达到提高表面硬度和耐磨性的目的, 是近些年来发展起来的很有前途的表面改性技术。
激光表面工程学简介
指导老师：谢小柱 主讲人：张瑞麟
组员：黄泽峰 张瑞麟
引言
材料表面处理有许多种方法,应用激光对材料表面实施处 理则是一门新技术。激光表面处理技术的研究始于20世纪60年
代,但是直到20世纪70年代初研制出大功率激光器之后,激光表
面处理技术才获得实际的应用,并在近十年内得到迅速的发展。 激光表面处理技术,是在材料表面形成一定厚度的处理层,可以 改善材料表面的力学性能、冶金性能、物理性能,从而提高零 件、工件的耐磨、耐蚀、耐疲劳等一系列性能,以满足各种不 同的使用要求。实践证明,激光表面处理已因其本身固有的优 点而成为发展迅速、有前途的表面处理方法。