激光表面处理现状与趋势.pdf

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1、2012年5月中国热处理技术路线图高层论坛暨第八届中国热处理活动周论文集厦门激光表面处理现状与趋势许并社(1．新材料界面科学与工程教育部重点实验室，山西太原030024；2．太原理工大学材料科学与工程学院，山西太原030024)摘要：综述了激光表面处理的原理、特点及分类，阐述了目前国内外激光表面处理技术的实际应用情况和基础理论研究现状，论述了国内外激光表面的发展动态及趋势，分析了激光表面处理技术目前值得关注和探讨的问题，并对激光表面处理技术进行了展望。关键词：激光表面处理；研究现状；发展趋势中图分类号：TGl56．99；TGl

2、l5．5文献标志码：A1960年世界上第一台激光器的诞生，将激光引入科学研究领域，从此光学技术迅猛发展，以激光作为“光工具”的新兴制造技术开始登上历史舞台，引领制造技术进入激光制造的新时代⋯。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。激光表面处理是当前材料工程学科的重要方向之一，被誉为光加工时代的一个标志性技术，各国(尤其是发达国家)均予以重点发展。我国开展激光表面处理的单位也已遍及全国，在国家“六五”至“十一五”攻关和“863”计划以及国家自然科学基金和各地科技

3、开发基金的支持和引导下，取得了大量有价值的研究成果，并有若干突破性进展，取得了一定规模的应用。在我国，激光表面处理领域的产、学、研相结合的格局已初步形成¨J。1激光表面处理的原理、特点及分类激光表面处理技术是通过激光与材料的相互作用使材料表面发生所希望的物理化学变化。当高功率密度聚集激光束作用于金属表面时，金属表面吸收激光能量并以极高的加热速度(町以高达1010K／s)被加热、熔化乃至气化，在被加热的表层与金属基体之间将形成极高的温度梯度，当激光停止作用时，金属的良好导热性将导致表面温度以高达104—108K／s的速度冷却，其

4、高效率、高效益、低能耗及无污染的特点，符合材料加工的发展需要。经过多年研究和实际应用表明，与其它传统表面处理技术相比，激光表面处理技术具有以下一些优点"1：(1)能量集中，加热冷却速度快，处理效率高；(2)激光能量、光斑大小和形状以及激光作用时间可以精确控制，处理效果好；(3)只在需要的部位进行处理，热输入低，工件热变形小甚至基本无变形；(4)激光束易于传输和导向，因此可以对复杂零件表面进行处理，如深孔和沟槽表面；(5)易于实现自动化控制，劳动生产率高；(6)节省能源，不产生环境污染。围绕激光加工的特点，人们相继研究并开发出一

5、些具有工业应用前景的激光表面处理技术。根据激光加热特点、处理工艺方法的特征，激光表面处理的种类很多，图1列出了几种典型工艺。2国内外激光表面处理实际应用情况目前激光冲击强化、激光表面淬火、表面合金化、表面重熔及表面熔覆等激光表面处理工艺已经在航天航空、汽车制造及石油工业中的一些关键部件中得到实际应用。表l列举了目前国内外一些典型的激光表面处理工艺的实际应用情况。激光表面基金项目：国家自然科学基金(51075293)作者简介：许并社(1955一)，男，教授，博士，从事材料制备及界面理论研究，发表论文200余篇，出版6部著作。厦门

6、中国热处理技术路线图高层论坛暨第八届中国热处理活动周论文集2012年5月图1激光表面处理的分类表1国内外一些激光表面处理工艺的实际应用情况【2，"】工艺应用领域实例特点部门处理后其疲劳寿命是常规喷丸处理的50倍，可用于提高许多关键零部件的服役寿命，如喷美国LawrenceLivermore激光冲击强化航天航空2024一13铝合金气发动机的叶片、F16战斗机舱壁桁架上弦与国家实验室斜端杆接点7050T'／451、7050T'／452中国科技大学强激光冲击强化航天航空疲劳寿命提高到未经处理的4—5倍航空结构材料激光技术研究所航空涡

7、轮发动机不仅解决了工件的开裂问题、而且大大降低激光熔覆航天航空英国BolhRoyce公司叶片修复了工时汽车转向器材料在无变形的前提下。耐磨性能得到极大激光表面淬火汽车制造美国通用公司齿轮内表面提高激光熔覆汽车制造发动机排气阀表面耐磨及耐蚀性得到极大提高意大利菲亚特汽车公司发动机寿命提高l倍以上。行车距离超过激光表面淬火汽车制造发动机气缸中国第一汽车制造厂20万公里，创造经济效益达1324万元／年使用寿命提高一倍，变形甚微，耗电量仅为中科院金属所、激光表面淬火石油行业抽油泵泵筒镀铬工艺的12％玉门石油机械厂耐磨性得到极大提高，使

8、用寿命提高了激光表面淬火模具加工硅钢片模具天津渤海无线电厂10倍处理可以极大的提高材料的耐磨及耐蚀性能，使得部件的使用寿命得到大幅度的提高，经济效益显著。此外，激光表面处理技术还广泛应用于纺织机械、电子、刀具、模具、阀体及生物医用等行业，市场发展前景十分广阔。3国内外激光表面