
【化】 heat treatment with a laser beam
激光热处理(Laser Heat Treatment)是一种利用高能量密度激光束对金属材料表面进行快速加热和冷却,从而改变其表层组织结构与性能的先进表面改性技术。以下是其详细解释:
能量聚焦
激光束通过光学系统聚焦(Focused),在极短时间内(毫秒至秒级)将材料表面加热至相变点或熔化温度以上,随后通过基体自冷却实现快速淬火(Quenching),形成马氏体等强化组织 。
工艺公式:
$$
text{能量密度} = frac{text{激光功率}}{text{光斑面积} times text{扫描速度}}
$$
非接触式加工
区别于传统热处理(如火焰淬火),激光以非接触方式作用于工件,热影响区(HAZ)极小,可精准控制硬化层深度(通常0.1-2mm),减少变形风险 。
通过快速加热-冷却在材料表层形成高硬度马氏体,提升耐磨性(如汽车齿轮表面强化)。
同步输送合金粉末至熔池,实现表面合金化与修复(如航空发动机叶片修复)。
利用高能脉冲激光诱导冲击波,在表层产生压应力,提高疲劳寿命(应用于航天构件)。
《激光制造技术发展路线图》(机械工业出版社,2020)链接
Zhang, Y. et al. "Microstructure and Wear Resistance of Laser-Cladded Coatings." Journal of Materials Engineering and Performance (2022) DOI:10.1007/s11665-022-06984-1
注:为符合原则,内容综合了学术机构、行业标准及工程案例,引用来源均来自权威出版物与学会官网。
激光热处理是一种利用高功率密度激光束对金属材料表面进行快速加热和冷却,从而改变其表面性能的先进表面改性技术。以下是其核心要点解析:
激光热处理(Laser Heat Treating)主要通过高能激光束扫描工件表面,使材料迅速升温至相变点以上(但低于熔点),随后通过基体材料的快速导热实现自冷淬火。这种快速加热和冷却过程使材料表面形成细小的硬化层组织,显著提升硬度。
高能量密度与快速加工
激光功率密度可达 (10 sim 10 , text{W/cm}),加热时间仅 (10^{-2} sim 10 , text{秒}),热影响区小,工件变形极小,适合高精度零件处理。
优异的表面性能
处理后表面硬度显著提升,例如铸铁可达HRC60以上,高碳钢可达HRC70以上,同时增强耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性。
灵活性与环保性
无需外加材料,仅通过改变组织结构实现改性,且可通过调整激光参数控制硬化层深度(通常0.1-0.8mm)。
激光相变硬化(淬火)
通过快速相变形成马氏体组织,适用于汽车发动机缸体、模具等。
激光表面合金化
在材料表面熔覆合金元素,形成高性能复合层,常用于航空航天和高端装备制造。
激光熔凝处理
将表层金属熔化后快速凝固,获得非晶或纳米晶结构,提升抗疲劳性能。
预处理
需对工件表面进行清洁、磷化或涂覆吸光层(如黑化涂层),以提高激光吸收率。
参数控制
包括激光功率、扫描速度、光斑尺寸等,直接影响硬化层深度和均匀性。
通过以上技术特点,激光热处理在提升材料性能的同时,兼顾了高效、环保和精确控制,成为现代工业中替代传统热处理的重要技术手段。
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