材料成型新技术.doc

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1、激光表面加工技术激光技术是２０世纪对人类文明及社会进步影响最深远的重大科技成果之一。激光加工是指激光束作用于物体的表面而引起物体形状改变或物体性能改变的加工过程。激光加工技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、能源和机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染及减少材料消耗等起到越来越重要的作用。1激光表面处理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。它在村料加工中具有的许多优点是其他表面处理技术所难以比拟的。

2、激光表面改性技术的研究始于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，激光表面改性技术才获得实际的应用。并在近十年内得到迅速的发展。它包括激光表面相变强化（激光淬火）、激光表面熔凝、激光表面合金化、激光熔覆和激光冲击强化等内容。激光表面改性技术的多样性主要取决于３个因素：激光类型、激光应用方式及所处理的材料种类。在激光表面改性中应用的激光类型主要有３种：Ｃ02激光、ND：YAG激光和准分子激光，其他类型的激光还有铜蒸汽激光、红宝石激光及氩离子激光等。材料性能的改变依所用激光不同，分别由加工过程

3、的热效应和光化学作用引起。在激光表面处理过程中，激光能量及激光与被加工材料的作用时间对加工效果起着重要作用。实践证明，激光表面改性己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。激光表面改性技术广泛应用于航宅航天、机械、电器、兵器和汽车制造等行业。2激光表面工程激光表面工程是采用激光在材料表面制各出新性能表面层的技术，主要包括激光熔凝和非晶化．激光合金化及熔覆、激光气相渗、激光硬化、激光织构化等技术。２．１激光非晶化金属材料的非晶组织具有优异的综合性能，如高强韧度、高耐蚀性、良好的电学及磁学性能。与现有的形

4、成非晶的方法相比，激光表面非晶化具有高效易控地在形状复杂的制品表面上选区或大面积形成非晶层的可行性，可扩展非晶材料的实际应用领域；同时也可扩大形成非晶合金系的范围。激光快凝非晶化的一个关键问题是制备表面较大面积的非晶组织。清华大学钟敏霖等人采用激光预处理技术，探索了较大面积激光非晶化的新途径。激光非晶化的生产应用表明，激光非晶化使国产钢使用寿命从一年左右提高到两年以上。２．２激光合金化与熔覆激光合金化与激光熔覆的显著特点是：选区，对基体热损伤少，工件畸变小。已用于冷轧辊，船用发动机大型阀座阀门等修复和用于汽轮机长叶片

5、抗水蚀层的制造以及喷气发动机超级合金叶片的制造和修复等，应用的合金系与等离子喷镀相近，但使用性能要提高１～５倍。最新的发展是复合型梯度热障涂层的制备。热障涂层（TBCS）（主要成份为MCRAIY＋ZRO），主要用途是冶金高炉高温燃料喷咀，喷气发动机叶片（工作温度从９３０度提高到１４３０度）和多种高温测量头等。目前已有的制备方法是等离子喷镀和物理气相沉淀方法．现有的问题是易出现较大的裂纹、孔洞，结合不牢，物理气相法：工艺特别复杂，因此采用等离子蒸镀与激光复合工艺或者采用激光一次融熔工艺，为TBCS制备提供了新技术途径。

6、采用将金属粉与陶瓷粉（ZRO）混合一次性激光熔敷的新方法，利用激光加热熔化状态陶瓷与合金熔体互不润湿且密度不同的特性，制得了具有分层结构的致密无裂纹的涂层。采用激光重熔快凝对等离子喷涂的热障涂层进行致密化处理，也获得了理想热障涂层设计要求的柱状组织结构。２．３激光气相渗技术激光气相渗实质上是利用激光进行气体合金化的过程，主要是渗Ｎ、Ｃ、Ｂ或者共渗，其特点是选区渗，一件不整体加热，与激光热处理的叠加效应。主要用了：轻金属表面如铝、钛台金等，例如在纯钛及Ｔｉ－15Ｍｏ合金基材上通过激光熔化基材，通以氮气流。基材表层合金化

7、氦涂层中的TIN枝晶组织硬度高达1000ＨＶ。２．４激光硬化（1）激光相变硬化激光相变硬化是利用工件在激光作用下，通过自冷淬火，获得组织硬化的方法。我国在工业上成功应用的例子很多，如各类发动机缸套（缸体），激光硬化提高寿命１～３倍；长泵筒激光硬化技术，使用寿命提高１倍以上。（2）激光冲击硬化激光冲击硬化又与激光相变硬化不同，它是利用功率密度100～1012瓦每平方厘米的高能激光束在极短的时间内（1～100ns），照射金属表面，使表层产生爆炸性汽化，原子从表面逸出，产生动能脉冲，向着材料内部形成很大冲击波并传播，使材料

8、显微组织和应力状态发生改变，从而使之硬化。它一般产生大量缠结位错和表面压应力，组织细化，能改善材料的耐蚀性和耐磨性，提高硬度及疲劳寿命。激光磁畴细化可使硅钢片的磁畴细分，铁磁损耗降低，而整体硅钢片不发生畸变，硅钢片表面不被破坏。３激光表面加工技术的现状与发展激光加工技术是由光、机、电多种科学和技术集成的高技术，激光加工系统正在实现小型化、柔性化