激光表面改性技术

激光表面改性技术激光表面改性技术

(1)能量传递方便，可以对被处理工件表面有选择的局部强化：(2)能量作用集中，加工时间短，热影响区小，激光处理后，工件变形小；(3)处理表面形状复杂的工件，而且容易实现自动化生产线：(4)改性效果比普通方法更显著，速度快，效率高，成本低；(5)通常只能处理一些薄板金属，不适宜处理较厚的板材；(6)由于激光对人眼的伤害性影响工作人员的安全，因此要致力于发展安全设施。优点激光表面改性技术的分类

激光表面改性技术的分类方法很多，通常可以根据其是否改变基材成分分成两大类：激光表面改性技术不改变基材成分改变基材成分激光淬火(激光相变硬化)激光极化激光熔凝淬火激光冲击硬化激光熔覆激光合金化激光清洗激光组织细化激光物理气象沉积激光增强电镀激光化学气相沉积激光退火激光非晶化激光诱导液相沉积激光冲击硬化

利用高能密度激光束照射金属材料表面，由于金属升华气化而急速膨胀，产生的高于材料的动态屈服强度的高压应力波，从而提高了金属材料的物理机械性能。激光冲击硬化原理示意图（1）激光冲击强化改善了材料表面的耐磨性和耐腐蚀性能。（2）大大提高材料的强度和硬度。（3）最大的优点在于明显改善材料的抗疲劳性能。（由于激光冲击强化后使材料产生的变形很小，不产生热影响区，也不改变材料的表面粗糙度，非常适合于微孔区、焊缝热影响区等局部区域的表面强化。）（4）与传统的喷丸、锻打相比，洁净、无公害，可处理圆角、拐角等部位优点激光冲击硬化原理过程:材料表面局部升温、汽化、电离，产生高压力

(GPa)的等离子体膨胀，对材料表面造成冲击波或应力波。功率密度为107~1011w/cm2。作用时间为几ps到几百ns。典型冲击强化工艺参数:铷“玻璃激光器，输出能量80~100J，脉宽3~30ns，光斑直径1cm。主要是力的作用，热作用可忽略不计，防止裂缝生长和发展，细化晶粒一锻压效果。分类有约束层一激光束透过水或玻璃被吸收层吸收，吸收层部分汽化形成等离子体，由于等离子体被约束在约束层和试样之间，根据理想气体的状态方程，在有约束层时可以比无约束层时获得更高的冲击波峰压无约束层一工艺简单主要参数激光功率脉冲频率脉冲持续时间光斑尺寸约束层选择冲击波峰压当将等离子体看作理想气体，激光为高斯光束时，冲击波峰压P可表示为P=BI1/2玻璃作为约束层时，B=21;水，B=10.1冲击波峰压只与激光功率密度有关，与激光的脉宽和波长无关强化机制表面硬度提高机理:

一对铝合金试样分析后认为，试样中存在的高密度位错是硬度提高的主要原因；一对各种铁基合金，冲击后位相的转变如y相至α相转变，也是材料硬度提高的一个原因。对不锈钢激光冲击处理后发现，马氏体的转变使表面硬度提高150%~200%；一冲击处理后材料结构的改变例如缠结也能极大地提高表面硬度。国内外现状与发展1970年贝尔实验室首次开始

两个方向:

一小能量，小光斑，短脉冲，如:20mJYAG，脉宽150ps,光斑直径0.1mm,I=1012w/cm2；

一高能量，超短脉冲；主要研究方向:小功率、约束层，功率密度越来越高主要用水和玻璃作为约束层

一玻璃的阻扰高，但装夹困难且碎片难以收集

一水操作方便存在的主要问题激光冲击效果的无损检测。目前测表面残余压应办主要使用X射