第25教学单元表面处理新技术2--激光表面处理技术

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1、冶金与建筑工程系教案第25教学单元课题：表面处理新技术2—激光表面处理技术教学目标知识目标掌握激光表面处理技术的原理掌握区分激光合金化和激光熔覆技术能力目标熟悉激光合金化和激光熔覆工艺职业素质目标爱岗敬业诚实守信技能过硬自主创新教学重点激光表面处理技术的原理及其分类教学难点激光合金化和激光熔覆工艺辅助教学手段采用实物、标本、模型、图表、幻灯和录像等手段教学准备准备教学目标、准备学生情况、准备教学材料、准备教学心理、准备教学过程、准备教学评价授课班级授课日期月日月日月日月日月日教学进程教学方法及时

2、间分配复习提问：气相沉积技术的特点？以一种激光表面处理技术7冶金与建筑工程系教案为载体，采用任务教学法、案例教学法、引导文教学法、现场教学法，通过教师讲解、示范，引导学生学习。4学时导言：新课内容:激光束和离子束、电子束一起被称为“三束”。采用“三束”对材料表面进行改性或合金化的技术，是近十几年迅速发展起来的材料表面处理新技术。这些技术主要包括两个方面:一是利用激光束、电子束获得极高的加热和冷却速度，在短时间内加热或熔化表面区域，从而形成一些异常的高度过饱和固溶体和亚稳合金，从而赋予材料表面特殊

3、的性能，提高工件的使用性能，扩大材料的应用领域。其二是利用离子注入技术可把异类原子直接引入表面层中进行表面合金化，引入的原子种类和数量不受任何常规合金化热力学条件的限制。一、激光表面处理技术的原理及特点1.什么是激光？激光”一词在英文里是“LASER”，是“LightAmplificationbyStimuIatadEmissionofRadiation”的缩写，意为“受激发射的辐射光放大”。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。2.激光的特点ü方向性好ü单色性好ü

4、能量集中ü相干性好3.激光加工技术激光加工是激光应用最有发展前途的领域之一，现在已开发出20多种激光加工技术。热加工金属材料进行焊接、表面处理、合金化，进行切割、打孔、标记等。冷加工则对光化学沉积，激光快速成形技术，激光刻蚀，掺染和氧化都很合适。4.激光表面处理技术激光表面处理技术就是利用具有方向高度集中、能量高度集中的激光束作为热源，对材料进行表面改性或合金化的技术。7冶金与建筑工程系教案激光表面处理是在材料的表面施加极高的能量，使之发生物理、化学变化，显著地提高材料的硬度、耐磨性、耐蚀性和高

5、温性能等，从而大大提高产品的质量，成倍地延长产品使用寿命和降低成本，提高经济效益。5.激光表面处理技术的分类激光表面处理技术工艺包括激光相变强化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化和激光冲击硬化等。二、激光相变硬化1.激光相变硬化原理激光相变硬化也称激光淬火。以高能量的激光束快速扫描工件，使材料表面极薄一层的局部小区域内快速吸收能量而使温度急剧上升(升温速度可达105℃/s～106℃/s)，使其迅速达到奥氏体化温度，此时工件基体仍处于冷态，激光离去后，由于热传导的作用，此表层被加热区域内的热量迅速

6、传递到工件其它部位，冷却速度可达105℃/s以上，使该局部区域在瞬间进行自冷淬火，得到马氏体组织，因而使材料表面发生相变硬化。2.激光相变硬化特点与传统热处理工艺相比，激光表面相变硬化具有淬硬层组织细化、硬度高、变形小、淬硬层深精确可控、无须淬火介质等优点，可对碳钢、合金钢、铸铁、钛合金、铝合金、镁合金等材料所制备的零件表面进行硬化处理。3.激光相变硬化工艺激光相变硬化重要的是要控制表面温度和淬硬层深度，且要求在保证一定淬硬层深度的前提下，有较高的生产效率。实际操作中，激光输出功率、功率密度、光

7、斑尺寸和扫描速度等变量是控制的重点，其它变量还有金属的表面特性、导热率、熔点及沸点等。7冶金与建筑工程系教案扫描速度太慢，会导致金属表面温度超过熔点，或者加热深度过深，不能自冷淬火。扫描速度太快，则可能使表面达不到相变温度。功率密度则受激光器功率和和光斑尺寸的影响，功率密度太小，表面得不到足够的热量，不能达到所需的相变温度。此外激光加热是依靠光幅射加热，只有一部分激光被材料表面吸收而转变成热能，另一部分激光则从材料表面反射。激光波长越短，金属的反射越小；电导率越高的金属对激光的反射越大；表面粗糙

8、度小反射率也高。因此在激光表面淬火处理前，为提高金属表面对激光束的吸收率，一般在工件表面须预置吸收层，对工件进行预处理，通常叫做“黑化处理”，可使吸收率大幅提高。常用的黑化处理方法有磷化法、碳素法和熔覆红外能量吸收材料(如胶体石墨、含炭黑和硅酸钠或硅酸钾的涂料等)。其中磷化法最好，其吸收率可达80%～90％，膜厚仅为5μm，具有较好的防锈性，激光处理后不用清除即可用来装配。制冷机压缩机转子采用球墨铸铁制成，其主要失效形式是轴颈发生严重磨损。为此，采用激光相变硬化技术对轴颈进行强化处理。激光输出功