1、第第6章章 激光束模具材料表面改性激光束模具材料表面改性激光概述激光概述激光是一种新颖光源。激光束表面改性，是激光是一种新颖光源。激光束表面改性，是20世纪世纪70年代发展起来的材年代发展起来的材料加工高料加工高新技术。它是利用激光高亮度新技术。它是利用激光高亮度(高功率密度高功率密度)、高方向性，单色性和相干性、高方向性，单色性和相干性好等普通光所好等普通光所没有的一系列特性，作用于金属材料表面，使材料表面的组织发生改变，没有的一系列特性，作用于金属材料表面，使材料表面的组织发生改变，或形成新的合金或形成新的合金层，使金属表面的性能得到提高，特别是材料的表面硬度、强度、耐磨层，使金属表面的性
2、能得到提高，特别是材料的表面硬度、强度、耐磨性、高温抗氧化性和性、高温抗氧化性和耐蚀性得到明显改善，以大大提高产品的使用寿命耐蚀性得到明显改善，以大大提高产品的使用寿命6.1.1激光及其特性激光及其特性6.1.1激光及其特性 1激光器与激光强化加工系统 在激光与材料的相互作用过程中，常用的激光光源有3大类，分别是C02激光、准分 子激光与钕一钇铝石榴石(YAG)激光。前两类为气体激光，后一类为固体激光 C02激光器可分为封闭式、轴向流动式和横向流动式3类 2激光的特性 激光是一种光波，除了具有普通光的一般特性外，作为一种非稳态的相干光，激光还 具有其自身独有的特性高单色性、高方向性、高相干性、
3、高亮度性等综合性能。1)高单色性。不同特性的光其波长不同，激光的波长及频率范围很窄，具有很好的单色性。(2)高方向性。由于受激发射和光学谐振腔对振荡光束方向的限制作用，激光束的光波发散度小，有良好的方向性，可高度准直地远距离传输而不显著扩束，故可认为是一束平行光。(3)高相干性。光波的相干性决定于光波场的空间方向分布(发散角)和频谱分布特性(单色性)，而激光的发散角和谱线宽度都很小，故有很好的相干性，即相干面积和相干长度都很大。(4)高亮度。激光器发射出的光束非常强，并可以通过聚焦使其集中到一个极其小的范围内，获得很高的能量密度或功率密度，以致产生几千至几万度的局部高温6.1.2激光与金属表面
4、的作用 1激光加热金属的过程 2金属对激光的吸收6.1.3 激光表面改性的种类和特点 1激光表面改性的分类 2激光表面改性的特点2激光表面改性的特点激光表面改性的特点 激光是一种均匀的、接近单色的电磁辐射束，具有高能量密度及良好的相干性，它易于被至透明材料表面所吸收。作为一种新颖热源，与传统热源相比，具有如下独特的优点:(1)功率密度大(理论上可达)，加热速度快()，可实现局部加热和随后的局部急冷(大于)，以获得特殊的表面组织结构与性能。(2)由于是浅层表面加热，工件处理后的热变形小。(3)激光束不受外界环境的影响，可在大气、真空及各种气氛中进行传输，加工不受外磁场的干扰。(4)能精确控制加工
5、条件，便于实现在线加工，适合自动化生产。6.2.1 激光相变硬化机理 1在激光作用下钢的相变特点 2相变硬化机理6.2.2 激光相变硬化工艺 1主要工艺参数 2确定工艺参数的步骤 激光淬火工艺参数主要有激光器输出功率P，光斑直径d以及扫描速度v。实验表 明，上述工艺参数对强化层的硬度和深度，以及材料耐磨性都有很大影响。激光淬火后其 硬化层深度是一个非常重要的指标，一般情况下，当光斑直径确定后，硬化层深度与激筅 功率成正比，而与扫描速度成反比 6.3激光表面合金化激光表面合金化 6.3.1 激光表面合金化的技术特点 激光表面合金化，是利用激光束把基体表面层熔化，在此同时加入合金元素(粉末状)，以
6、基体为溶剂，合金元素为溶质，形成适当合金的表面改性技术。激光表面合金化的主要目的是：利用快速加热和急冷，在基体表面制备特殊的亚稳合金，赋予材料表面以所需的性能；制备特定成分和结构的表面合金 由于合金化层与基底之间可以形成纯粹的冶金结合，具有极高的结合强度；通过激光合金化，可以在工件表面层获得新的合金、高过饱和的非平衡相或亚稳相，同时使晶粒细化，成分偏析得到改善，获得具有高耐磨性、热强性或耐蚀性能6.3.2激光表面合金化工艺激光表面合金化工艺 1激光源的选择激光源的选择 表面合金化所采用的激光，可以是激光、掺钕钇铝石榴石(YAG)激光、掺钕玻璃激光和掺铬氧化铝(红宝石)激光，其中以激光的应用最为
7、普遍。脉冲型和连续型波都可以用。2工艺形式工艺形式 (1)预沉积法 (2)共沉积法3激光合金化工艺参数(1)激光功率。(2)激光束尺寸(焦点位置)。(3)光束构型。(4)扫描速度。(5)预涂层的成分与厚度。(6)后处理。6.3.3 激光表面合金化层的显微组织特征 激光合金化层的显微组织依其基体和合金化成分的不同而有很大的差异，但其加热和冷却的特殊性(快速加热与急剧冷却，凝固后的冷速达，甚至更高)6.3.4激光表面合金化层的力学性能 激光表面合金化可显著提高零件和模具材料表面的硬度与耐磨性。谢谢观赏谢谢观赏Feel free to use this PowerPoint template and
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