激光表面处理技术的现状及发展

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1、万方数据激光表面处理技术的现状及发展丁阳喜．周立志(华东交通大学机电工程学院，江西南昌330013)摘要：简述了激光表面改性的研究和发展现状．特别是激光表面淬火、激光熔敷、激光表面台金化和激光熔覆等4种技术'对各项技术的原理、特点和周内外研究现状分别加以描述。最后，还指出了激光表面改性技术存在的问题和发展前景。关键词：激光表面改性；激光表面处理中国分类号：TGl5699文献标识码：A文章编号：10叭-3814(2007)06．0069．04StatusandDevdopmentofLaserSurfaceTreatillgDINGYan}xi，

2、ZHOULi．出(co如伊D，^如c^．∽d觑PctF蟛，E∞≠醌iM五∞zo愕‰西e坩i札m糊^o昭330013，“打m)Abstr扯t：TheIesea工ch锄dthedevelopmentsitLladonoflasergu曲cemodi6cationwerere“ewed'inpadcular，mefollouing：l蠲erq刑搬hard锄面g，lascr旬s岫gtogc血盯’】as盯sl】矗hcealIq血唔andcbddil唱．A1ld血e打prillciples，chara删sdcs鲫drec∞tdevel印mentst“tIl

3、s抽china柏dabroadwerealsodiscusscd．Atla瓯tllecxistcntproblems柚d10ng·leImpotentialwerepointedouLKeywords：lasers耐kemodi6catiOn；lasersumce廿eatiIlgl激光处理技术的产生及应用领域激光加工技术的研究始于20世纪60年代。但到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

4、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。围绕激光加工的特点，人们相继研究并开发出一些具有工业应用前景的激光表面处理技术，大体分为激光表面硬化、激光表面熔敷、激光表面合金化、激光冲击硬化和激光非晶化m“。2激光表面技术的原理及特点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f104~109w忙m2)。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、金属组织的改变和激光作用的冷却等。它对材

5、料表面可产生收稿日期：2006-1I-02作者简介：丁阳喜f1962一)，男，江苏句容人，教授；电话：1387呻89880E-mail：d”@剥t叫xcn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，并在近几年得到迅速发展【3】。激光表面处理是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。它在材料加工中的优点如下：(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

6、短，热影响区小，激光处理后，工件变形小；(3)处理表面形状复杂的工件，而且容易实现自动化生产线：(4)改性效果比普通方法更显著，速度快，效率高，成本低；(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【4】。3激光表面技术应用及国内外现状3．1激光表面淬火3．1．1激光表面淬火激光淬火又称为激光相变硬化，是指以高能《热加工工艺》2007年第36卷第6期万方数据密度的激光束照射工件表面．使其需要硬化部位瞬间吸收光能并立即转化为热能，从而使激光作用区的温度急剧上升形成奥氏

7、体，经随后的快速冷却，获得极细小马氏体和其他组织的高硬化层的一种热处理技术闻。其主要特点有[司：(1)材料表面的高速加热和高速自冷。加热速度可达100109℃／s，冷却速度可达lO。℃／s，这就有利于提高扫描速度及相应的生产率。(2)激光淬火处理后的工件表面硬度高，通常比常规淬火硬度高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4000MPa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。(4)可以

8、对形状复杂的零件和不能用其它常规方法处理的零件进行局部硬化处理，如具有沟槽的零件。(5)激光淬火工艺周期短，生产效率高，工艺过程易实现计算机控制．自功