激光束表面改性技术

激光束表面改性技术

摘要：激光束表面改性技术在改善材料表面性能,提高材料使用寿命方面具有突出的优越性。它作用于材料表面使得材料的表面性能得到了明显的提高，随着研究的深入和技术的逐渐成熟，表面改性技术在工业领域中的应用越来广泛，目前进行材料表面改性的工艺有激光相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化、激光冲击硬化，本文就其工艺方法进行了综述。

一、引言

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。它是将现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多方面的成果和知识结合起来的高新技术，用激光的高辐射亮度，高方向性，高单色性特点，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, 使金属材料表面在瞬间被加热或熔化后高速冷却，来实现其表面改性的工艺方法。

二、激光相变硬化

激光表面相变硬化又称激光淬火，它是以104～105W/cm2高能功率密度的激光束作用在工件表面，以105～106℃/s的加热速度，使受激光束作用的工件表面部位温度迅速上升到相变点以上，形成奥氏体，并通过仍处于冷却态的基体与加热区之间形成的极高的温度梯度的热传导，一旦激光停止照射，则以105℃/s的速度冷却，实现自冷淬火，形成表面相变硬化层。

三、激光熔覆

激光熔覆是采用激光束加热熔覆材料和基材表面，使所需的特殊材料熔焊于工件表面的一种新型表面改性技术。这项技术始于1974年, Gnanamuthu申请了激光熔覆一层金属于金属基体的熔覆方法专利[3]。经过二十几年的发展, 激光熔覆已成为材料表面工程领域的前沿和热门课题。影响激光熔覆的因素主要有熔覆材料的原始成分、基体材料成分、熔覆的工艺参数。激光熔覆技术示意图见图1

1.短型光束或高斯型光束

2.气动送粉

3.测量孔

4.振动器

5.粉末漏斗箱

6.二氧化碳气体激光束高频振动7样品运动

8.样品9.熔覆厚度10.熔覆层

图1激光熔覆技术示意图

激光束表面改性技术

激光束表面改性技术 摘要：激光束表面改性技术在改善材料表面性能,提高材料使用寿命方面具有突出的优越性。它作用于材料表面使得材料的表面性能得到了明显的提高，随着研究的深入和技术的逐渐成熟，表面改性技术在工业领域中的应用越来广泛，目前进行材料表面改性的工艺有激光相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化、激光冲击硬化，本文就其工艺方法进行了综述。 一、引言 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。它是将现代物理学、化学、计算机、材料科学、先进制造技术等多方面的成果和知识结合起来的高新技术，用激光的高辐射亮度，高方向性，高单色性特点，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, 使金属材料表面在瞬间被加热或熔化后高速冷却，来实现其表面改性的工艺方法。 二、激光相变硬化 激光表面相变硬化又称激光淬火，它是以104～105W/cm2高能功率密度的激光束作用在工件表面，以105～106℃/s的加热速度，使受激光束作用的工件表面部位温度迅速上升到相变点以上，形成奥氏体，并通过仍处于冷却态的基体与加热区之间形成的极高的温度梯度的热传导，一旦激光停止照射，则以105℃/s的速度冷却，实现自冷淬火，形成表面相变硬化层。 三、激光熔覆 激光熔覆是采用激光束加热熔覆材料和基材表面，使所需的特殊材料熔焊于工件表面的一种新型表面改性技术。这项技术始于1974年, Gnanamuthu申请了激光熔覆一层金属于金属基体的熔覆方法专利[3]。经过二十几年的发展, 激光熔覆已成为材料表面工程领域的前沿和热门课题。影响激光熔覆的因素主要有熔覆材料的原始成分、基体材料成分、熔覆的工艺参数。激光熔覆技术示意图见图1 1.短型光束或高斯型光束 2.气动送粉 3.测量孔 4.振动器 5.粉末漏斗箱 6.二氧化碳气体激光束高频振动7样品运动 8.样品9.熔覆厚度10.熔覆层 图1激光熔覆技术示意图

铝合金表面改性技术的发展现状

铝合金具有密度小，机械加工效率高，易于加工成型等优点，是轻合金中应用最广、用量最多的合金[1-2]。铝合金的化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成一层薄而致密的氧化膜。但铝合金的表面硬度低、耐磨性差，腐蚀电位较负，表层氧化膜易受强酸和强碱的腐蚀[3]，这些缺点严重限制了铝合金的应用。 为了克服铝合金表面性能方面的缺点，扩大其应用范围，延长使用寿命，表面改性技术是非常重要的环节。目前，随科学技术的不断进步，用于铝合金表面处理的工艺和技术得到广泛的研究，本文综述了国内外在铝合金表面改性技术方面的发展情况，涉及铝合金阳极氧化处理、化学镀、电镀、电弧喷涂、高能束(激光、离子束、电子束)表面改性技术等多种方法，介绍基于强流脉冲电子束的新型和复合表面处理技术。 1常用的铝合金表面改性技术 1.1阳极氧化技术 铝合金表面改性技术中阳极氧化是应用最广与最成功的技术，也是研究和开发最深入与最全面的技术。用铝合金制品作阳极，通电氧化，使铝合金制品表面形成一层较厚而致密的硬质氧化物保护膜，该膜具有双层结构，表面为多孔蜂窝状，较之铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性均显著提高。 在氧化成膜形成过程中，同时发生两个过程：一是在铝合金表面生成Al2O3氧化膜的过程；二是在氧化膜生成的过程中伴随着氧化膜溶解的过程。只有当氧化膜的生成速度超过其溶解速度，方可得到一定厚度的氧化膜。 随着铝合金阳极氧化电解液的种类不同，可以得到阻挡型氧化物薄膜和多孔型氧化物薄膜。阻挡型氧化膜结构并不是均匀层，而是多层结构，刘磊等[4]使用透射电镜(TEM)观察了铝合金阳极氧化膜的微观结构，可清楚地看到膜孔的胞壁结构，单胞尺寸在60nm左右，孔径20nm。构成氧化膜的各胞状结构心密排的方式排列，每一个单胞有6个邻近的单胞，它们之间排列紧密，胞与胞之间有明显的胞壁带。 1.2电镀技术 电镀就是阴极沉积所需金属元素的工艺，被沉积的金属在工件表面形成结合牢固的致密镀层。为提高铝合金镀层的耐蚀性和强度，抑制铝合金镀层的枝晶生长，常需要在电镀纯铝的基础上进行铝合金的电镀。但由于铝合金本身的化学物理特性，使得 铝合金表面改性技术的发展现状 初鑫1,任鑫1,郝胜智2,徐洋3 (1.辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新123000;2.大连理工大学三束材料改性实验室,辽宁大连 116024;3.大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116024) 摘要：对近年来国内外铝合金表面改性技术的研究与应用情况进行综述，讨论了电子束表面改性技术的特点和基于强流脉冲电子束的复合表面处理技术的发展前景。 关键词：铝合金；表面改性；强流脉冲电子束；复合表面处理 中图分类号：TG178文献标识码：A文章编号：1001-3814(2010)20-0123-05 Progress State of Surface Modification Technology for Al Alloy CHU Xin1,REN Xin1,HAO Shengzhi2,XU Yang3 (1.College of Material Science and Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin123000,China;https://www.docsj.com/doc/105239793.html,boratory of Materials Modification by Laser,Ion and Electron Beams,Dalian University of Technology,Dalian116024,China;3.College of Material Science and Engineering,Dalian University of Technology,Dalian116024,China) Abstract：The research and application of surface modification technologies for aluminum alloy in recent years were summarized.The features of surface modification technology and prospect of high current pulsed electron beam combined treatment technology were discussed. Key words：aluminum alloy;surface modification;high current pulsed electron beam;surface combined treatment 收稿日期:2010-09-09 作者简介:初鑫(1985-),男,辽宁盘锦人,硕士研究生,主要研究方向为 强流脉冲电子束材料表面改性;电话：189********; E-mail:chuxin406@https://www.docsj.com/doc/105239793.html,

激光加工技术题目及答案

1、从激光束的特性分析，为什么激光束可以用来进行激光与物质的相互作用？ 答：（1）方向性好：发散角小、聚焦光斑小，聚焦能量密度高。 （2）单色性好: 为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。 （3）亮度极高：能量密度高。 （4）相关性好：获得高的相关光强，从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播，可以用透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起来。 总之，激光能量不仅在空间上高度集中，同时在时间上也可高度集中，因而可以在一瞬间产生出巨大的光热，可广泛应用于材料加工、医疗、激光武器等领域。 2、什么是焦深，焦深的计算及影响因素？ 答：光轴上其点的光强降低至激光焦点处的光强一半时，该点至焦点的距离称为光束的聚焦深度。光束的聚焦深度与入射激光波长和透镜焦距的平方成正比，与w12成反比，因此要获得较大的聚焦深度，就要选长聚焦透镜，例如在深孔激光加工以及厚板的激光切割和焊接中，要减少锥度，均需要较大的聚焦深度。 3、对于金属材料影响材料吸收率的因素有哪些？在目前激光表面淬火中常对工件进行黑化处理，为什么？ 答：波长、温度、材料表面状态 波长越短，金属对激光的吸收率就越高 温度越高，金属对激光的吸收率就越高 材料表面越粗糙，反射率越低，吸收率越大。 提高材料对激光的吸收率 4、简述激光模式对激光加工的影响，并举出2个它们的应用领域？ 答：基模光束的优点是发散角小，能量集中，缺点是功率不大，且能量分布不均。 应用：激光切割、打孔、焊接等。 高阶模的优点是输出功率大，能量分布较为均匀，缺点是发散厉害。应用：激光淬火（相变硬化）、金属表面处理等。 5、试叙述激光相变硬化的主要机制。 答：当采用激光扫描零件表面，其激光能量被零件表面吸收后迅速达到极高的温度，此时工件内部仍处于冷态，随着激光束离开零件表面，由于热传导作用，表面能量迅速向内部传递，使表层以极高的冷却速度冷却，故可进行自身淬火，实现工件表面相变硬化。 6、激光淬火区横截面为什么是月牙形？在此月牙形区相变硬化有什么特点？ 特点：A,B部位硬化，C部位硬化不够 原因：A,B部位接近材料内部，热传导速率大，可以高于临界冷却速度的速度冷却，因此可充分硬化，而C部位热传导速率小，不能以高于临界冷却速度的速度冷却，因此硬化不够。

现代表面改性技术的国内外最新研究进展

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 现代表面改性技术的国内外最新研 究进展 学院名称： 专业班级： 姓名、学号： 指导教师： 时间：

摘要：金属材料表面改性技术是一门新兴的技术，主要包括激光表面改性、离子注入法、物理气相沉积法和热喷涂等，简述了该4种技术的研究和发展现状，对各种技术的原理和应用状况分别加以描述，最后总结了材料表面改性技术的发展前景。 关键词：激光表面改性离子注入物理气相沉积。 工业技术的发展使得制造工业产品所需的材料品种日益繁多，为了适应高强度、高硬度、耐磨、耐高温、耐腐蚀等不同要求，通常采用各种表面处理技术对普通金属材料表面进行加工，使其适用各种复杂的工作环境。金属材料表面改性技术很多，除传统的热处理、电镀堆焊外，还包括激光表面改性、离子注入法、物理气相沉积法和热喷涂等。 随着现代工业的发展, 对机械产品零件表面的性能要求越来越高。对其研究已经成为材料科学研究的一个重要领域。表面改性研究的重要性在于在不改变原材料基本性能的基础上采用各种技术改善或提高材料的表面性能, 金属材料表 面改性可以提高零件的寿命、减少磨损, 提高经济效益。铜合金具有很高的导电、导热性能及良好的塑性; 电极电位是正值, 具有很好的耐蚀性能; 铜合金还是优良的耐磨材料, 这些特点是其它材料所不能同时具有的。铜合金在机械、电子等各行各业的广泛应用, 特别是在耐磨、耐热、耐蚀零件中。如要求表面高性能的铜材零部件有连铸结晶器, 氧枪喷头, 高炉风口, 滑块, 轴承等, 高炉风口是典 型的耐磨耐热零部件, 通过表面改性, 不仅保持其传导性而且达到表面高硬度、高耐磨性等使用要求。目前, 铜合金的表面改性技术主要有: 热处理多元共渗、表面渗硫、等离子喷涂以及铸渗法等。 1 激光表面改性 由于激光特有的优良属性, 自从20世纪中期激光器的研制成功以来, 激光已被广泛应用于科学技术研究和工业生产。激光表面改性是激光在表面技术领域中的新的应用, 虽然在激光应用领域中只占大约15%的比重, 但由于激光表面处理同其他表面处理技术相比具有很多独特的优点, 如激光熔化后形成的组织, 化学均匀性很高, 而且晶粒非常细小, 因而强化了合金,使耐磨性大大提高; 由于热输入小, 工件变形小, 对基体产生的热影响很小等等。因此在表面处理领域内, 针对激光表面改性的研究和开发活动相当活跃。根据采用的不同的激光能量密度和不同的处理方式, 激光表面改性技术中比较典型的方法有几种: 激光熔覆、激光表面熔凝、激光相变硬化、激光冲击强化、激光表面合金化等。这些方法的目的都是为了使工作面获得基材无法达到或代价太大的高硬度、高耐磨性以及高耐腐蚀性等性能, 从而实现既节约了成本, 又满足工作要求的目的。本文综述了激光表面改性技术的研究和应用状况, 展望了激光表面改性技术的发展趋势。 1．1 激光相变硬化 在各种激光表面改性的方法中激光相变硬化是当前研究最多的, 进展最快 的一种表面改性方法。激光相变硬化又称激光淬火, 就是利用激光将金属材料加热到相变点以上, 金属熔化以前, 依靠金属自身冷却达到淬火的目的。激光相变

表面改性技术综述

表面改性技术综述 表面改性是指采用某种工艺和手段使材料获得与其基体材料的组织结构性能不同的一种技术。材料经过改性处理之后，既能发挥材料基体的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊性能，如耐磨，耐腐蚀，耐高温，合适的射线吸收等。 金属表面改性技术在冶金、机械、电子、建筑、轻工、仪表等各个工业部门乃至农业和人们日常生活中都有着广泛的用途, 其种类繁多。除常用的喷丸强化、表面热处理等传统技术外, 近些年还快速发展了激光、电子和离子等高能束表面处理技术。今后, 随着物理学、材料学等相关学科的迅速发展, 还将不断涌现出新的表面改性技术。尤其是复合表面技术的发展, 有可能获得意想不到的效果。金属表面改性技术的飞速发展和不断创新, 将进一步推动其在工农业生产中的应用, 带来显著的经济效益。 传统的表面改性技术有：表面形变强化、表面热处理、表面化学热处理、离子束表面扩渗处理、高能束表面处理、离子注入表面改性等。 1、喷丸强化 喷丸处理是在受喷材料再结晶温度以下进行的一种冷加工方法, 是将弹丸在很高速度下撞击受喷工件表面而完成的。喷丸可应用于表面清理、光整加工、喷丸成型、喷丸校正、喷丸强化等方面。喷丸强化又称受控喷丸, 不同于一般的喷丸工艺, 要求喷丸过程中严格控制工艺参数, 使工件在受喷后具有预期的表面形貌、表层组织结构和残余应力场, 从而大幅度提高疲劳强度和抗应力腐蚀能力。实施喷丸时, 弹丸由专用的喷丸机籍助压缩空气、高压水流或叶轮, 高速射向零件受喷部位。常用弹丸有球形铸铁丸、铸钢丸和其它非金属材料制成的弹丸。喷丸强化的效果用喷丸强度来表示, 与弹丸种类和形状、碰撞速度和密度、喷射方位和距离、喷丸时间等因素有关。表面喷丸提高金属材料疲劳强度的机理比较复杂, 涉及到塑性变形层(通常为011～018mm 厚) 的组织结构变化(如位错密度、亚晶粒尺寸) 和残余应力的变化。因此, 只有合理控制表面变形层内的变化, 才可能获得预期的喷丸强化效果。 早在20 世纪20 年代, 喷丸强化就应用于汽车工业。目前已成为机械制造等工业部门的一种重要的表面技术, 应用广泛。涉及的材料除普通钢外,还有高强度钢和各种有色金属; 涉及的零件类型有弹簧、轴、齿轮、连杆、叶片、涡轮盘和飞机起落架组成件等。 2、传统表面热处理改性 传统的表面热处理技术可分为表面淬火和化学热处理两大类。它主要用来提高钢件的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限。在机械设备中, 许多零件(如齿轮轴、活塞销、曲轴等) 是在冲击载荷及表面磨损条件下工作的。这类零件表面应具有高的硬度和耐磨性, 而心部应具有足够的塑性和韧性。因此, 为满足其使用性能要求, 应进行表面热处理。 ○1表面淬火 表面淬火是把零件的表层迅速加热到淬火温度后快冷, 使零件表面层获得淬火马氏体而心部仍保持未淬火状态的一种淬火方法。表面淬火的目的是使零件获得高硬度的表层, 以提高工件的耐磨性和疲劳性能, 而心部仍具有较好的韧性。其设备简单、方法简便, 广泛用于钢铁零件。根据加热方法的不同, 可分之为火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。火焰加热表面淬火的淬透层一般为2 -6mm。其特点是设备简单, 但加热温度高及淬硬层不易控制, 淬火质量不稳定, 使用上有局限性。感应加热表面淬火的特点是: 加热速度快, 零件变形小, 生产效率高, 淬火后表面能获得优良的机械性能; 淬透层易控制, 淬火操作易实现机械化。但设备较贵, 形状复杂零件的感应器不易制造, 不宜单件生产。 ○2化学热处理 化学热处理是将金属零件放在某种介质中加热、保温、冷却, 使介质中的某些元素渗入

激光发展与现状

2018届机械工程及自动化专业毕业生论文(设计) 课题名称：激光表面处理技术现状及发展 学生姓名：张成名 指导教师：孙明 江南大学网络教育学院 2018年1月

摘要： 激光具有巨大的技术潜力，在冶金和材料加工中发展迅速，应用广泛。激光表面处理由于其对工业和生产作出了巨大贡献，已成为飞速成长的重要加工技术领域。另外，应用激光对材料表面实施处理也是一门新技术。论文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、激光熔凝、激光表面合金化合、激光熔覆等四种技术,以及对各项技术的原理、特点和国内外研究现状分别加以描述。最后，还简述了激光表面改性技术存在问题和发展前景。 关键字：激光；表面处理；应用； Abstract: laser has great technological potential and has been developing rapidly in metallurgy and material https://www.docsj.com/doc/105239793.html,ser surface treatment has become an important area of rapidly growing processing technology due to its great contribution to industry and production.In addition, the application of laser to material surface is also a new technology.Paper briefly describes the present situation of research and development of laser surface modification, especially the laser surface hardening, laser fused, laser surface alloying combined, four kinds of technologies such as laser cladding, and the principle of the technology, characteristics and research status at home and abroad are described respectively.Finally, the problems and prospect of laser surface modification are also introduced. Key words: laser;Surfacetreatment;Application;

合金改性

激光表面改性工艺及性能研究 摘要：钛及钛合金密度小，比强度高，具有良好的耐蚀性、疲劳抗力，广泛应用于航天、航空、国防、汽车、医疗等领域。然而，钛合金摩擦系数高、对粘着磨损和微动磨损非常敏感、耐磨性差及高温抗氧化性差等缺点，制约了它的应用。在保持钛合金固有性能优点的条件下，激光表面改性是从根本上解决钛合金表面性能较差这一缺陷的有效、经济、灵活且具有较强可设计性的方法之一。 本文运用CO2激光，在Ti6A14V钛合金表面进行激光表面改性，直接在Ti6A14V钛合金表面制得了具有优异耐磨性能和抗高温氧化性能，并与Ti6A14V钛合金基体之间呈现牢固冶金结合的复合材料涂层。 首先，为确保激光表面改性的顺利进行，研制了激光表面改性专用的同轴保护送粉装置，并探索了适合该同轴保护送粉装置的工艺参数，获得较高的粉末利用率和较好的保护效果。 其次，设计了激光表面改性材料体系。根据Ti6A14 V钛合金和激光表面改性的特点，设计出激光熔覆Ni-Ni基合金梯度涂层、激光熔覆Mo-Ni基合金梯度涂层、激光表面原位生成TiC涂层和激光表面原位生成TiC+TiB:涂层四类材料体系。 再次，研制了激光表面改性工艺。分别研制出各种材料体系对应的激光工艺参数，制得激光表面改性层，着重研究了不同工艺参数对激光熔覆Ni-Ni基合金梯度涂层的影响，探索最佳工艺参数。对激光表面改性涂层进行了微观分析，从表面至基体测试了显微硬度，发现涂层组织呈快速凝固特征，硬度梯度明显，有效地改善了涂层的应力分布状况。 最后，研究了激光表面改性涂层的摩擦学性能和抗高温氧化性能。研究发现，激光表面改性能够大大地提高了Ti6A14V钛合金的耐磨性能和抗高温氧化性能。 关键词:Ti6A14V钛合金，激光表面改性，微观组织，硬度梯度，耐磨性，抗高温氧化性 Abstract Titanium alloys are used widely in aviation, national defence, automobile, medicine and other fields because of their advantages in lower density, excellent corrosion resistance, and good fatigue resistance etc. However, their high friction coefficient, high sensitivity to adhesive wear and fretting wear, as well as their weak resistance to wear and bad resistance to high temperature oxidation restricts the application of titanium alloys. Laser surface modification technique can change these surface defects of titanium alloys under the condition of keeping the virtues of titanium alloy substrate. For the reason, laser surface modification is one of effective, economic, appropriate and designable methods. In this paper, surfaces of Ti6A14V alloy were modified by CO2 laser. Special composite metallurgy coatings, which have excellent wear resistance and high temperature oxidation resistance, were obtained directly on the surfaces of Ti6A14V alloy. Furthermore, the coatings showed good metallic combination with the substrate of titanium alloy. In order to carry out the laser surface modification process successfully, a coaxial powder feed nozzle with gas protection was designed at first. Through investigations of suitable technical parameters of the coaxial powder feed nozzle with gas protection, a higher duty factor of powder and better protection effect was obtained.

课程作业激光表面改性

激光束表面改性 摘要：利用激光束进行表面热改性处理是材料表面处理中的一种重要的技术。本文对激光束表面改性技术原理、特点与分类进行了介绍，并以高速钢轧辊材料的激光束表面改性为例说明。 关键词：激光束；表面改性；高速钢 Laser Surface Modification Abstract：Laser surface modification is employed in surface modification of materials as an important method. This paper describes mechanism, Characteristics and Categories of surface modification by laser beam. The surface modification of high speed steel with laser beam processing was illustrated hereunder. Keywords:laser Beam，Surface Modification，high speed steel 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[1]。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。 1、激光束表面改性的主要原理 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. 1 mm)，从而可以获得极高的功率密度( 104~ 109 W/ cm2)。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、激光作用的冷却等。它对材料表面可产生加热、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，并在近年得到迅速发展。激光表面处理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[2]。 2、激光束表面改性的特点 2.1激光束表面改性处理的优点[3] 通过激光表面改性处理，可以使材料表面性质改变，满足结构特殊用途的需要，达到提高金属材料零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及强度和高温性能的目的，较其它表面处理工艺具有以下显著优点： (1)激光束具有很高的功率密度，材料被加热和自冷却速度很快，激光硬化

Al_SiC复合材料的准分子激光表面改性

A l Si C复合材料的准分子激光表面改性 梅胜敏1　余大民2 　1(南京航空航天大学机电工程学院,南京,210016) 　2(香港理工大学制造工程系,香港九龙) SURFACE MOD IF I CAT I ON OF A l Si C M ETAL M ATR IX COM POSITE B Y EX C I M ER LASER M ei Shengm in1,Yu D am in2 　1(In stitu te of M echan ical Engineering,N an jing U n iversity of A eronau tics and A stronau tics,N an jing,210016)　2(D epartm en t of M anufactu ring Engineering,Hong Kong Po lytechn ic U n iversity,Hong Kong,Kow loon) 摘　要　利用K rF准分子激光对Si C晶须增强铝基复合材料进行表面改性。借助于显微镜及X射线衍射技术,对激光处理前后试件表层的显微组织及化学结构进行了分析。结果表明,准分子激光处理后,试件表面形成了一个几微米厚的铝层。该薄层中基本上不含金属间化合物,Si C增强相的数量也显著减少。腐蚀测试结果表明,准分子激光表面处理后,材料的抗腐蚀性能得到了显著提高。 关键词　表面改性　金属基复合材料　准分子激光 中图分类号　V257 Abstract　T he su rfaces of2009A l Si C w m etal m atrix compo site speci m en s w ere irradiated w ith a pow erfu l K rF exci m er laser.A fter laser treatm en t,the mo rpho logy and the structu re w ere exam ined w ith the aid of m icro scope and X ray diffracti on techn iques.It w as found that an alum in ium layer a few m icron s th ick w as fo rm ed on the su rface of A lMM C.L ittle Si C reinfo rcem en t and larger in term etallics can be found in th is lay2 er.Co rro si on m easu rem en ts show ed that the laser modified A lMM C exh ib ited a h igher co rro si on resistance. Key words　su rface modificati on,m etal m atrix compo site(MM C),exci m er laser Si C增强铝基复合材料具有比强度高、比刚度高、耐磨性好等突出优点,被看作为在航空航天及汽车工业等领域中最有前途的新型结构材料之一。但由于Si C增强相的加入,降低了铝合金材料组织的均一性,因而无论Si C是以颗粒形式存在还是以晶须形式存在,几乎所有的Si C增强铝基复合材料都存在着抗腐蚀性相对较低的固有缺点[1～3]。而对许多重要的飞机结构部件,抗腐蚀性的高低是决定其使用性能和寿命的关键因素之一。采用先进的表面改性技术对Si C增强铝基复合材料进行表面处理是提高其抗腐蚀能力的有效手段。国内外近年来采用表面阳极化、表面镀镍、激光表面涂覆、离子束沉积等表面技术,但这些技术不同程度地存在着涂层与基体结合强度低,涂层易于剥落等缺点[4,5]。因此,有必要寻求提高Si C增强铝基复合材料抗腐蚀性的表面改性新技术。本文利用K rF高脉冲功率准分子激光,对一种Si C晶须增强铝基复合材料表面进行一次性快速重熔处理,试图改变材料表面层的显微组织和化学结构,从而提高材料的抗腐蚀性能。 1　材料与实验方法 实验用材料为2.5mm厚的Si C晶须增强铝基复合材料。该材料用粉末冶金方法制成,经轧制后以板材形式提供。Si C晶须含量为15%(体积比),基体材料为2009铝合金。晶须直径在0.5～1.0Λm之间,长度5～20Λm不等。材料表面的微观组织如图1所示。 由于材料的表面状态关系到 图1　2009A l Si C w金属基复合材料的微观组织 激光的反射和吸收,所有试件在使用前均经1Λm 的金刚石研磨膏最终抛光,并经蒸馏水和酒精清 第20卷　第2期1999年 3月 航　空　学　报 A CTA A ERONAU T I CA ET A STRONAU T I CA S I N I CA V o l.20N o.2 M ar.1999 1998205220收到,1998208231收到修改稿

激光表面改性的影响因素以及熔池温度的检测与进展

激光表面改性的影响因素以及熔池温度的检测与进展 摘要：本文论述了激光表面改性的发展现状及趋势，激光表面改性的主要影响因素，以及国内外熔池温度的检测与控制的进展等问题。 1、激光表面改性简介 激光表面改性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。虽然激光加工技术始于20世纪60年代，但激光表面处理在大功率激光器的研制之后才获得了实际应用，并在近几年得到了迅速发展。激光表面改性[1]是当前材料工程学科的重要方向之一，同时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。其高效率、高效益、高增长及低消耗、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，和其它传统表面处理技术相比，激光表面工程技术具有以下一些优点： （1）可在零件表面形成细小均匀、层深可控、含有多种介于稳相和金属间化合物的高质量表面强化层。可大幅度提高材料的表面硬度、耐磨性和耐腐蚀。 （2）强化层与零件本体形成最佳的冶金结合,解决许多传统表面强化技术难以解决的技术关键。 （3）激光束能量密度高，对非激光照射部位几乎没有影响，即热影响区小，工件热变形可由加工工艺控制到较小的程度，后续加工余量小。有些加工件经激光处理后，甚至可直接投入使用。 （4）易于实现信息化、智能化, 可以引入近代计算机、机器人等高技术装备, 使激光束的产生及操纵信息化、智能化。 根据采用的不同的激光能量密度和不同的处理方式,激光表面改性技术中比较典型的方法有几种: 激光相变硬化、激光熔覆、激光表面熔凝、激光冲击强化、激光表面合金化等。 2、激光相变硬化工艺及其影响因素 激光相变硬化(又称激光淬火)是激光热处理的一种，它是以激光为热源，通过高能量的激光束扫描工件，使工件表面极薄一层的小区域内快速吸收热量而温度急剧上升，工件材料表面内的温度在材料的熔点和奥氏体转变临界温度之问的部分发生固态相变，随后发生自淬火，得到马氏体组织，实现工件表面相变硬化。激光相变硬化后，工件表面硬度显著提高，淬硬层深达0.1-2.Omm，疲劳强度增大，且加工后变形小，因此得到广泛应用[2]. 由于激光相变硬化过程错综复杂，需要考虑影响硬化层的主要参数及其相互关系。激光硬化层的尺寸参数(硬化层宽度，硬化层深度，表面粗糙度，显微硬度，耐磨性，组织变化)

国内外激光和电子束表面改性技术发展

材料表面改性目的和意义 材料表面改性是指不改变材料整体（基体）特性，仅改变材料近表面层的物理、化学特性的表面处理手段，材料表面改性也可以称为材料表面强化处理。 现代材料表面改性目的：是把材料表面与基体看作为一个统一的系统进行设计与改性，以最经济、最有效的方法改变材料近表面层的形态、化学成份和组织结构，赋予新的复合性能，以新型的功能，实现新的工程应用。 因此，现代材料表面改性一是可以使材料表面获得更好的表面特性，有效地延长零件使用寿命；二是可以用性能较差的合金钢代替优质合金钢，以节省优质合金钢材料；三是可以研制出新颖材料。这种多功能综合化，用于提高材料表面性能的各种现代表面改性技术统称为现代表面改性技术。现代表面改性技术适用于金属及其合金、陶瓷、玻璃、聚合物及半导体材料等多种现代材料。 现代材料表面改性技术的发展 现代材料表面改性技术是一门由多种学科发展而来的技术组合，其发展经历了很长，很复杂的过程。 传统的表面改性技术，如表面热处理、表面渗碳等已有上百年的历史了。上世纪50年代高分子涂装技术有了非常大的发展，由古老的刷涂、空气喷涂发展为静电喷涂、流化床涂装、电泳涂装及静电涂装。 60年代以来，传统的淬火已由火焰加热发展为高频加热。后来，激光器与电子束装置的应用，出现了激光束、电子束的淬火技术。 电镀是一门古老的表面改性技术，相当长时间，电镀只能镀覆纯金属模，目前已能镀覆多种合金，也可以在表面上镀陶瓷和金刚石粉末，以增加表面的抗磨性。70年代以来，化学镀有了很大的发展，它已成为一个有效的镀覆手段。 近30年来，热喷涂得到了迅速的发展，国内外形成了一种热喷涂技术热，使它在多种工业部门得到了广泛应用，而且发展出多种类型的热喷涂技术。 激光束、电子束成功地应用于现代材料表面改性，出现了如激光表面涂敷、激光表面合金化、激光表面淬火、电子束表面淬火、表面镀膜等等多种现代材料表面改性技术。 激光表面改性 激光束的能量密度非常高，因而当它照射在物体表面时能够产生106~108K/cm非常高的温度梯度，使表面迅速熔化。移去热源时，冷的基体又会使熔化部分以109~1011K/s 的速度冷却，使表面迅速凝固。由于激光的这种特性，它可用于材料的激光相变、激光表面合金化与激光熔覆处理，提高材料表面的硬度、抗磨性、抗蚀性。 激光束与金属的相互作用 1.金属对激光的吸收 激光束照射金属时，激光束能量会很快转变为金属晶格的动能，从而使金属表层迅速熔化，激光束部分能量被吸收，部分能量被反射。金属对激光的吸收因金属而异，金属的表面状态对于反射率极为敏感，表面越光滑反射率越高，表面杂质和氧化物会使反射率急剧变化。 激光透入金属的深度仅为表面下10-5cm的范围，所以激光对金属的加热可看作是一种表面热源，在表面层光能变为热能，此后，热能按热传导规律向金属深处传导。表6.6给出了某些金属对Y AG和CO2激光的反射率。 表6.6某些金属对Y AG和CO2激光的反射率

激光表面改性技术的研究与其应用

激光表面改性技术的研究与其应用

激光表面改性技术的研究与应用 摘要：激光本身具有很大的发展潜力，产生激光束的装置在品种和效率上都有很大的发展潜 力。利用激光表面改性技术能使低等级材料 实现高性能表层改性，达到零件低成本与工 作表面高性能的最佳结合，为解决整体强化 和其它表面强化手段难以克服的矛盾带来 了可能性，对重要构件材质与性能的选择匹 配、设计、制造产生重要的有利影响，甚至 可能导致设计和制造工艺的某些根本性变 革。本文从激光表面改性的技术特点及先进 制造业的发展需求出发，论述了激光表面改 性技术的特点及其在半导体表面改性、智能 制造及柔性加工等领域的研究与应用。 关键词：激光表面改性；激光熔覆；激光表面相变硬化；复合处理；柔性制造

激光表面改性技术是材料表面工程技术最新发展的领域之一。这项技术主要包括激光表面相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光熔凝、激光冲击硬化、激光非晶化及微精化等多种工艺。其中，激光相变硬化和激光熔覆是目前国内外研究和应用最多的两种工艺。 激光表面相变硬化: 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。 激光熔覆:是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光幅照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基材表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。 1、激光表面改性的技术特点 激光表面改性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。其高效率、高效益、高增长及低消耗、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，和其它传统表面处理技术相比，激光表面工程技术具有以下一些优点[1]： （1）可在零件表面形成细小均匀、层深可控、含有多种介稳相和金属间化合物的高质量表面强化层。可大幅度提高表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的能力以及制备特殊的耐腐蚀功能表层； （2）强化层与零件本体形成最佳的冶金结合，解决许多传统表面强化技术难以解决的技术关键； （3）易与其它表面处理技术复合，激光表面改性可以方便地与其它表面工程技术结合起来，产生所谓第二代表面工程技术——复合表面改性技术。可以综合传统表面改性技术与激光表面改性的优势，弥补甚至消除各自的局限性，展示了很大的潜力； （4）由于高能量密度的激光作用，可实现工件快速加热到相变温度以上，并依靠零件本体热传导实现急冷，无须冷却介质，而冷却特性优异。形成的表面强化层硬度比常规方法处理的高15%~20%左右，添加合金元素和特殊的工艺方法，可显著提高工件的综合性能；

激光表面改性技术——激光毛化技术讲解

2014项目申请表 主要性能、特点、应用范围及市场前景： 一、主要性能、特点 激光毛化技术（Laser Texturing或Laser Surface Texturing，LT、LST）是将经过特殊调制的高能量密度脉冲激光束聚焦后照射到材料表面，材料吸收激光能量后温度升高，并产生熔化、气化形成光致等离子体等阶段。使材料在表面一个微小区域内熔化，形成熔池。在表面张力或辅助气体的作用下，熔池会发生变形。当光束停止照射时，由于快速的热传导，熔池会很快凝固，这样就会形成一个边缘微凸的毛化坑，如果需要还可以将一定成分的辅助气体吹向熔池，以得到特定形貌的毛化坑。通过控制激光束和材料的相对运动，就可以在材料表面形成一系列均匀分布的毛化坑。 材料表面的激光毛化过程中的组织变化，相当于是一次快速激光淬火，即相变硬化过程，可以提高被加工材料（如轧辊等）的表面硬度及耐磨性，从而提高其使用寿命。 与传统的喷丸毛化处理及电火花毛化处理技术相比，激光毛化技术具有如下特点： 1.可控性高，通过控制激光毛化过程及辅助气体量的大小，在材料表面可以得到任意的毛化形貌及粗糙度； 2.环境友好，毛化过程中，不产生任何对环境有害的物质； 3.毛化表面的性能可控，可通过改变激光毛化的气体氛围或通过在需毛化的材料表面预铺设相应的材料，在毛化过程中，调控毛化层组织，实现毛化层所需的性能要求； 4.工艺流程简约，激光毛化对材料表面要求较低，无需预处理； 5.加工速度快，性价比高； 6.加工材料不受限制，激光毛化技术是利用激光热效应的原理，可在任意金属及非金属表面实现毛化处理； 7.克服毛化过程中出现的划痕、边浪。 二、应用范围及市场前景 在工业生产微细化、精密化、智能化、自动化的快速发展的今天，涉及了光学、摩擦学、生物医学、材料学、流体动力学等，具有高可控性、高效率、高性能、高性价比、高附加值和环境友好特性的激光毛化技术，适用于任意材料的表面毛化处理领域，如钢铁轧板及轧辊的表面毛化，具有极好的市场及发展前景。 主要技术指标： 1.经激光毛化后，材料表面的粗糙度范围可控，环比传统毛化工艺降低50%以上； 2.毛化点分布方式可控，均匀度≥95%； 3.毛化面硬度可提高40%以上。 备注：