激光表面处理

通过对工件表面进行设计和激光改进处理，从而改善其表面性能的方法

通过对工件表面进行设计和激光改进处理，从而改善其表面性能的方法。它是利用激光束快速、局部地加热工件，实现局部急热或急冷，可在大气、真空等环境中进行处理。通过改变激光参数，可解决不同的表面处理工艺问题。工件变形极小，是一种非接触式处理方法。根据表面处理目的不同，分为表面改性处理（包括激光上釉、激光重熔、激光合金化、激光涂敷）和去除处理（如激光清洗）。

激光表面改性

利用激光扫描过程中材料自身的组织结构变化或引入其他材料实现工件表面性能的改善，该技术能选择性地处理工件表面，有利于在工件整体保持足够的韧性和强度的同时，表面获得较高的、特定的使用性能，如耐磨、耐蚀和抗疲劳、抗氧化等。

激光重熔处理

用较高功率密度（10～10W/cm2）的激光束，在金属表面扫描，使表层金属熔化，随后快速冷却凝固的技术。冷却速度通常为10～10℃/S，采用巨脉冲，可以得到10℃/S的冷却速度，从而得到细微的接近均匀的表层组织。利用激光表面改性技术的优势在现有廉价材料表面获得微晶从而大大提高材料的使用性能，具有很好的应用前景。激光表面微晶化处理时，由于自激冷造成的过冷度很大，合金在快速凝固中，会导致溶质陷阱与无扩散结晶，形成了细小的微晶结构。激光表面重熔制备微晶改性层可以提高材料表面耐磨性和疲劳抗力。对于某些共晶合金，甚至可以得到非晶态表层，具有极好的抗腐蚀性能。

激光合金化

利用激光能源将材料局部区域表面加热到一定温度或形成一薄的熔化层，通过扩散或添加合金元素或化学反应改变表面化学成分以改善材料表面的力学、物理和化学性能的技术。它具有可局域处理，低的基体形变，对基体性能无损伤，效率高和快速加热等优点，特别适用于工件的重要部位，如模具的合缝线，气门挺杆和凸轮轴的局部表面。这样，既改善了工件寿命的“瓶颈”部位，又可减化工艺和节约合金元素。激光表面合金化与激光重熔工艺相似，激光在工件表面扫描并形成熔化带。所不同的是将另外的合金成分加入熔池，熔化的基体材料和添加材料混合并经快速冷却凝固形成新的合金层。激光表面合金化技术中预置合金的方法很多，包括工件表面电镀、真空蒸镀、预置粉末层、放置厚膜、离子注入、喷粉、送丝和施加反应气体等。由于一般合金的熔点较高，需采用几千瓦的激光功率，功率密度为10～10W/cm2。合金层的深度与激光功率、光斑移动速度及金属成分有关。

涂覆

激光涂覆与激光合金化相似，都是在激光加热基体的同时，熔入其他合金材料。但激光涂覆除使基体与熔化的涂覆材料实现冶金结合外，涂覆材料很少被基体材料稀释，基本上保持其原有成分不变。与激光合金化相比，激光涂覆能更好地控制表层的成分和厚度，能得到完全不同于基体的表面合金层，以达到耐磨耐腐蚀的目的。要实现涂层和基体的冶金结合，基体和涂层材料仅限于在具有可焊性的材料之间选取。激光涂覆常用的涂层材料为合金粉末，也可以是不同金属屑、合金粉末的混合物。按合金粉末的供应方式可分为两种涂覆：一种是预置粉末激光涂覆，即在激光处理前将一定厚度的合金粉末层预置于基体之上；另一种是送粉式激光涂覆，用惰性气体将粉末送向激光和材料的作用区。

激光上釉

又称激光上光，它所用激光能量密度在10～10W/cm2，使金属表面快速熔化，在表面上形成一层非常薄的熔化层，当激光快速移走后，金属本身对熔化区进行“自淬”，冷却速度高达10～10℃/S，通过这种快速熔化-凝固过程，使金属表面产生特殊的非晶层（金属玻璃）。对于材料改性很有发展前途，其成本低，容易控制和复制，有利于发展新材料。激光上釉结合火焰喷涂、等离子喷涂、离子沉积等技术，在控制组织、提高表面耐磨、耐腐蚀性能方面有着广阔的应用前景。电子材料、电磁材料和其他电气材料经激光上釉后用于测量仪表极为理想。

激光去除

是利用激光使工件表面污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效地清洁工件表面。激光清洁工艺不用有机溶剂，无污染、无噪声，是一种“绿色”工艺。

激光清洗

利用高能的激光束照射工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效地清除表面的污染物或涂层。激光清洗属于干洗，不需有机溶剂，没有废液排放，残渣少，不会造成环境污染、能有效清除其他方法难以去除干净的吸附在物体表面的亚微米粒子。该技术柔性高、可控性好、易于选区定位精密清洗，易于远距离遥控清洗难以到达或危险的地方。

激光清洗的方法一般有4种：

①激光干洗法，即采用脉冲激光直接辐射去污；

②激光+液膜的方法，即首先沉积一层液膜于基体表面，然后用激光使液膜发生爆炸去污；

③激光+惰性气体的方法，即激光辐射的同时，用惰性气体吹向工件表面，当污物从表面剥离后，就被气体远远吹离表面，避免清洁表面再次污染和氧化；

④用激光使污物松散后，再用非腐蚀性的化学方法去污。

缸孔激光珩磨

又称激光微观造型技术，就是应用具有一定能量密度的激光束，在汽缸壁工作表面上，按发动机的润滑性能要求进行表面微观几何结构造型，形成与润滑性能要求优化相匹配的、连续均匀的、并具有一定密度、宽度、深度、角度、形状的贮存和输送润滑油的油路和凹腔，形成“微型压力室”，产生了具有一定厚度的稳定动态润滑膜。

激光珩磨技术可以显著地改善汽缸工作时的润滑状况，能大幅度提高内燃机的使用性能，具有一系列的优点：延长使用寿命、降低机油耗、减少催化剂污染和颗粒排放、减少燃油耗以及活塞环组的成本。激光珩磨与机械珩磨既有区别，又相互关联。机械珩磨用以提高表面光洁度，并形成不规则的储油沟槽（表面微观结构形貌）；而激光珩磨用以形成与性能相匹配的规则的储油沟槽（表面微观结构形貌），它们都在工件表面留下沟槽痕迹。激光珩磨加工前后都应进行机械珩磨加工。

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