1、激光表面處理技術(shù)是什么？

激光表面處理技術(shù)是一種熱加工方式，利用激光的高能量對(duì)工件進(jìn)行處理。

激光束照射工件表面使材料進(jìn)行無損加熱，高溫使之熔化、蒸發(fā)、氣化并濺出，隨后激光束被切斷或移開，工件表面快速冷凝達(dá)到表面改性的目的。激光具有高能量、高密度的特性，功率密度可達(dá)108~1010 W/cm2，溫度可達(dá)10000 ℃以上，可實(shí)現(xiàn)無接觸加工，非常適合進(jìn)行材料表面處理。

 激光表面處理技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

1) 激光束易于傳輸和導(dǎo)向，可對(duì)工件局部或復(fù)雜零件表面和內(nèi)部進(jìn)行處理;

2) 能量作用集中，加工時(shí)間短，熱影響區(qū)小，工件變形小;

3) 極易與數(shù)控系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，勞動(dòng)生產(chǎn)率高;

4) 加工成本低，節(jié)省能源，不造成環(huán)境污染;

5) 通常只能處理一些薄板金屬，不適宜處理較厚的板材;

6) 激光對(duì)人眼的傷害性可能影響工作人員的安全，須致力于發(fā)展安全設(shè)施。

它可以改善材料表面的力學(xué)性能、冶金性能、物理性能，從而提高零件、工件的耐磨、耐蝕、耐疲勞等性能，大體分為激光淬火、激光熔覆、激光合金化、激光沖擊硬化和激光非晶化等。

 2不同激光表面處理技術(shù)及應(yīng)用

石油機(jī)械中主要用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承位置再制造，汽輪機(jī)葉片、轉(zhuǎn)子再制造，煙機(jī)輪盤再制造，各種腐蝕性泵體表面激光耐蝕熔覆，石油輸送管道激光強(qiáng)化，石油開采平臺(tái)鉆井螺桿及扶正器、穩(wěn)定器等零部件表面的激光防腐、耐磨熔覆等都會(huì)用到激光表面處理技術(shù)。

國內(nèi)許多公司、科研院所、高校等都致力于激光表面處理的研究，如武漢華工激光工程有限責(zé)任公司、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、清華大學(xué)等。中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所全固態(tài)光源實(shí)驗(yàn)室致力于激光清洗、激光熔覆的研究。清華大學(xué)鐘敏霖課題組長年致力于研究激光合金化、激光熔覆、激光微納加工等激光表面處理技術(shù)，且處于國內(nèi)外..水平。

 01激光淬火

與常規(guī)表面淬火相比：激光淬火具有加熱速度極快、冷卻速度也很快、不需要冷卻介質(zhì)、表面粗糙度高、表面硬度高、一般不需回火等優(yōu)點(diǎn)。

與常規(guī)淬火相比，激光淬火得到的硬度提高15%~20%，耐磨性提高2~4倍，同時(shí)硬化層的耐腐蝕性也極大地提高，工件綜合機(jī)械性能良好，甚至可使普通材料達(dá)到優(yōu)質(zhì)材料所具有的強(qiáng)度和硬度。

但激光表面淬火技術(shù)的使用局限性也比較大，適用于需表面硬化且淬硬層較淺的零件。因此，激光表面淬火工藝通常應(yīng)用在不需要整體淬硬、工件精度要求高，或者用其他淬火方式難以處理，以及形狀復(fù)雜需要進(jìn)一步提高硬度、耐磨性的工件上，比較適合齒輪、曲軸、氣缸、整體泵泵筒等細(xì)長管類的表面處理。激光淬火已經(jīng)應(yīng)用于組合泵缸套、整體泵泵筒、油管螺紋和鉆桿接頭螺紋等零件的表面改性，有效提高了零件的耐磨性、延長了使用壽命和更換周期。

國內(nèi)激光淬火經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在研發(fā)及應(yīng)用方面取得了極大的進(jìn)步，然而相比國際..水平仍存在較大的差距，但是其相較于傳統(tǒng)淬火方法具有很大的優(yōu)越性，因此越來越受重視。激光淬火作為石油機(jī)械激光表面處理技術(shù).常用的加工方式，目前依然是研究的熱點(diǎn)，對(duì)各種金屬材料表面激光淬火的研究一直沒有停止，如20CrMnTi齒輪鋼、35CrMoA、42CrMo、45鋼等石油機(jī)械設(shè)備常用鋼的激光淬火技術(shù)等。

02激光熔覆

激光熔覆通過在基材表面添加熔覆材料，利用高能量密度激光束將不同成分和性能的合金與基材表層快速熔化，在基材表面形成與基材具有完全不同成分和性能的合金層

熔覆材料主要分為金屬粉末、陶瓷粉末和復(fù)合粉末。激光熔覆層因具有良好的結(jié)合強(qiáng)度和高硬度，同其他涂層技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn)：

• 冷卻速度快；

• 熱輸入和畸變較小，涂層稀釋率低(一般小于5%)，與基體呈冶金結(jié)合；

• 能進(jìn)行選區(qū)熔覆，材料消耗少，具有卓越的性能價(jià)格比；

• 光束瞄準(zhǔn)可以使難以接近的區(qū)域熔覆，綠色無污染

• 03激光合金化

• 激光合金化是利用高能激光束將基體金屬表面熔化，同時(shí)加入合金化元素，在以基體為溶劑，合金化元素為溶質(zhì)的基礎(chǔ)上形成一層濃度高且均勻的合金層。能夠在一些價(jià)格便宜、表面性能不夠優(yōu)越的基體材料表面上制備出耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化的表面合金層，用以取代昂貴的整體合金，節(jié)約貴重金屬材料和戰(zhàn)略材料，使生產(chǎn)成本大幅下降。

與常規(guī)熱處理相比，激光合金化具有敷層稀釋率低，合金化層不易剝落，粉末和基體材料使用面廣，基體熔化量少，工件變形小、清潔無污染、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。

04其他激光表面處理技術(shù)

自激光器問世以來，形成了20多種激光表面處理技術(shù)，除了以上3種以外，還有激光沖擊強(qiáng)化、激光清洗、激光非晶化、激光上釉、激光打標(biāo)、激光毛化、激光形變等，雖然在石油機(jī)械設(shè)備的表面處理中也有應(yīng)用，但相對(duì)較少。

激光沖擊強(qiáng)化是一種利用激光誘導(dǎo)等離子體沖擊波來提高材料疲勞壽命的新型表面改性技術(shù)，具有強(qiáng)化效果顯著、可控性強(qiáng)、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高結(jié)構(gòu)可靠性和部件疲勞強(qiáng)度、延長材料使用壽命具有重要作用

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