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4常见问题
您的位置: 首页 ->  常见问题 -> 关于激光表面处理技术的简单介绍
  激光表面处理技术是指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)。
  1激光表面处理设备
  激光表面处理设备主要包括激光器和外围装置等。
  1.1激光器
  工作物质、激励源和谐振器三者结合在一起称为激光器。激光器的种类主要有固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器和化学激光器。固体激光器的输出功率高,广泛应用于工业加工方面,并且可以做到小而耐用,使用野外作业。目前工业上用来进行表面处理的激光器大多数为CO2气体激光器,它是一种依靠在光学谐振腔内发生辉光放电激励的分子激光器,是目前可输出功率最大的激光器,它以CO2为工作物质,同时加入He和N2作为辅助气体。
  1.2外围装置
  外围装置主要包括光学系统、机械系统和辅助系统等。在激光工艺装置中,光学系统主要包括聚焦和观察两部分,将高功率密度的激光束准确的照射在被处理部位,并且严格控制处理工程。机械系统是使激光束对工件表面进行扫描的机构和控制装置。辅助系统包括范围很广,有遮蔽连续激光工作间断式的遮光装置、防止激光造成人身伤害的屏蔽装置、吸气排气装置、冷却水加温装置、激光功率和模式的监控装置和对激光对准装置等。
  2激光表面处理工艺
  激光表面处理工艺主要有激光相变硬化、激光熔融及激光表面冲击三类。激光熔融又有激光表面熔融、激光表合金化和激光表面熔融。
  2.1激光淬火处理
  激光淬火处理也叫激光固态相变硬化。在高能激光束的作用下,一定深度的表层和基体形成很高的温度梯度,当激光离开后,由于基体材料的快速传热而使表层急冷,形成高硬度的隐晶马氏体组织。该技术对材料整体热影响很小,零件变形极小,可作为最后处理工序,而无需后续加工。
  其应用对象可为铸铁、碳钢、合金钢及固熔强化的铝合金、钛合金等。处理后,不仅使材料或零件保持整体韧性和抗冲击性,还可得到高硬度、高耐磨的表层。激光淬火处理技术在目前各类激光表面优化处理中技术最成熟、应用最广泛。汽车里的许多零部件如发动机缸体、缸套、曲轴、凸轮轴、挺杆、缸盖等,机床电磁离合器零件如连接件、齿环、花键套等,冷冲模具、铆压模具、各类轴承和齿轮、导轨、块规、刀具、量刃具,石油抽油泵泵筒、轧钢用冷、热轧辊,各类主轴、丝杠,机用、手用钢锯条等都可利用激光淬火处理技术提高使用寿命,效果显著。
  2.2激光熔凝
激光熔凝处理是利用高能量密度的激光束扫描金属材料表层使其快速熔化.从而造成熔化表层和基体之间很大的温度梯度,待激光扫过后,熔化表层快速冷却而凝固,形成极细的亚稳相、过饱和相以至非晶相组织.这样既可减少金属表层的微孔和裂纹,提高抗腐蚀性能,又可提高表层的硬度和强度,特别对铸造零件和焊缝的改性非常有效。例如,汽车发动机的铸铁凸轮轴、摩擦飞轮等经激光熔凝处理后,耐磨性和抗腐蚀性能都有明显提高。激光熔凝处理工艺简单、成熟、易于控制,被加工件的热影响区小,因而变形较小,但由于被加工件表面发生微熔,故平整表面的粗糙度会有所增加,需增加精磨等后续加工。
  2.3激光熔覆处理
  激光溶覆处理是根据工况对零件表面性能的要求,选择相应的涂敷材料(合金、陶瓷粉末或其它复合粉末),先预涂在零件表面,然后用高能激光束进行扫描,控制激光参数使涂敷材料完全熔化而基体微熔,随后凝固形成和基体为冶金结合的涂敷层。目前更为先进的激光熔覆工艺已不采用预涂的方法,而是采用同步送粉装置,在激光束扫描基体表面使之熔化的同时,将涂敷材料的粉末喷注在激光熔池内,可以一次获得较厚的涂敷层。在实际应用中,涂敷材料多选择Co-Cr基、Ni-Cr基、Fe-Cr基合金粉末配以一定数量的陶瓷材料,如WC、TiC、Al2O3、VC、BN、ZrO2、SiC、B4C等,形成致密的超硬金属陶瓷涂层,厚度可达0.1-十几毫米之间。
  2.4激光合金化
  激光合金化处理是利用激光作为热源.使外加合金元素和基体金属表层融合而形成一种新的合金层,获得基体金属所没有的新性能:激光合金化技术具有很大的自由度,可根据不同的性能设计要求而采用不同的外加合金元素.从而使廉价的基体金属得到优异的表面性能,而且原料消耗很少,是一项经济而高效的表面处理技术。
  激光合金化技术常用于对性能要求比较苛刻的材料处理。如要求耐磨性很高的材料、工作在强腐蚀、强氧化、高温或其它复杂恶劣环境中的材料。因此,激光合金化技术在航空航天、兵器制造、汽车、模具;采掘机械制造等工业部门具有广阔的应用前景。
  激光熔覆处理的应用主要是高耐磨、抗腐蚀、抗氧化性要求更高的零件,如汽轮机叶片、电厂排粉机叶片(表面熔覆Co-Cr-Mo合金)、石油钻头、穿孔顶头、高压阀门密封面、轧辊、阀座、阀杆、泥浆泵和抽油泵内壁。另外,激光熔覆技术对磨损报废的零件进行整体或局部修复十分有效。激光熔覆技术是一种发展潜力极大的表面处理技术。
  激光表面处理技术与淬火、电镀、喷涂等常规表面热处理方法、以及与近代物理方法(PVD)、化学方法(CVD)相比,其优越性通过下表可以看出。激光束这一领域快速提高了表面温度(达1000K/S),薄层转换成奥氏体。通过冷热传导去除能量导致自行谇灭,由此产生快速冷却表面层和奥氏体转换为马氏体的转变过程。激光硬化的基本目标是提高耐磨性。磨损减少是基于激光硬化后的零件表面硬度高于磨损媒介的硬度。由于摩擦系数的降低,提高了抗粘磨损,同时可以提高其疲劳强度。
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