激光表面改性技术

2024年3月29日发(作者：googol)

1激光表面改性技术发展历程

激光的发明及应用是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，

激光技术在材料科学及制造科学中的应用，大大促进了材料科学与工程及先进制造技术的

发展激光表面改性是运用高能激光束对工件表面进行改变性能的技术，具有许多独有的特

点。从20世纪60年代激光问世以来，激光技术作为一门崭新的高新技术，几乎在各行各

业都获得了重要的应用。20世纪70年代中期大功率激光器的出现，使激光绿色再制造技

术不仅在研究和开发方面得到迅速发展，在工业应用方面也取得了长足进步。经过30年

的迅猛发展，激光绿色再制造技术已在汽车、冶金、纺织等行业得到成功的应用，获得了

良好的社会效益和经济效益。激光技术在我国经过30多年的发展，取得了上千项科技成

果，许多已用于生产实践，激光加工设备产量平均每年以20％的速度增长，为传统产业的

技术改造、提高产品质量解决了许多问题，如激光毛化纤技术正在宝钢、本钢等大型钢厂

推广，将改变我国汽车覆盖件的钢板完全依赖进口的状态，激光标记机与激光焊接机的质

量、功能、价格符合国内目前市场的需求，市场占有率达90％以上。

激光具有四大特性:高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。激光的能最密度高（可

达104-108 M/cm2)，作用于工件表面时形成局部高温，基体的加热速度和冷却速度极

快，般可达104-108 ℃/S。与传统的热加工技术相比，激光加工对基体的热影响区小得

多，因此工件一般不产生热变形或变形量极小。此外，由于激光加工是光子与材料相互接

触，故而对环境的污染小，是名副其实的绿色加工技术。进行激光表面改性处理的目的是

为了制取与基体性能有较大差异的改性层，它包括激光淬火、激光表面合金化、激光熔覆

等技术。激光淬火是运用高能激光束对工件以定速度进行扫描，使工件在激光照射下瞬间

达到相变点以上高温，然后以极高的速度冷却，达到表面淬火的效果。激光表面合金化是

添加某一种或几种合金元素在基体表面，在激光束的照射下形成熔池，并与基体材料发生

冶金反应，获得含基体元素和添加元素的合余改性层。激光熔覆是将某种合金直接熔焊在

表面工程

基体表面，它与激光表面合金化比较类似，但两者的区别在于激光熔覆过程中表面改性层

一般不掺杂基体元素。

激光表面改性技术是提高金属表面性能的有效手段，能够大幅度提高工件的使用寿命。

与其他一些金属表面改性技术相比，激光表面改性技术的优点十分突出：○1激光表面改性层

稀释率低，且既可是多组元的化合物层，也可以是具有多种性能匹配的梯度涂层; ○2激光表

面改性层厚度容易调节，并可采用机加工的方式控制表面精度;○3激光表面改性层与基体呈

牢固的冶金结合，不会出现剥落现象; 4○激光表面改性处理速度快，热影响区小，不会引起

基材性能和尺寸变化。

综上所述，采用先进的激光表面改性技术，直接在金属表面制备一层具有低摩擦系数、

优异耐磨性能、优异抗高温氧化性能或优异的生物力学相容性并与金属基材之间为牢固冶

金结合的特殊材料的冶金涂层，无疑是在保持金属固有性能优点的条件下，从根本上解决

金属性能缺点的最有效、最经济、最灵活和最具可设计性的方法之一。

2激光技术在国内外发展现状

激光加工是国外激光应用中最大的项目，也是对传统产业改造的重要手段，主要是kW

级到10kW级CO2激光器和百瓦到千瓦级YAG激光器实现对各种材料的切割、焊接、打

孔、刻划和热处理等。据1997~1998年的最新激光市场评述和预测，1997年全世界总激

光器市场销售额达32.2亿美元，比1996年增长14％，其中材料加工为 8.29亿美元，医

疗应用3亿美元，研究领域1.5亿美元。1998年总收入预计增长19％，可达到38.2亿美

元。其中占第一位的材料加工预计超过10 亿美元，医用激光器是国外第二大应用。

我国科研成果转化为商品的能力差，许多有市场前景的成果停留在实验室的样机阶段；

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