通過對工件表面進行設計和雷射改進處理，從而改善其表面性能的方法。它是利用雷射束快速、局部地加熱工件，實現局部急熱或急冷，可在大氣、真空等環境中進行處理。通過改變雷射參數，可解決不同的表面處理工藝問題。工件變形極小，是一種非接觸式處理方法。根據表面處理目的不同，分為表面改性處理（包括雷射上釉、雷射重熔、雷射合金化、雷射塗敷）和去除處理（如雷射清洗）。
基本介紹
- 中文名：雷射表面處理
- 外文名：laser surface treating
雷射表面改性,雷射重熔處理,雷射合金化,塗覆,雷射上釉,雷射去除,雷射清洗,缸孔雷射珩磨,
雷射表面改性
利用雷射掃描過程中材料自身的組織結構變化或引入其他材料實現工件表面性能的改善，該技術能選擇性地處理工件表面，有利於在工件整體保持足夠的韌性和強度的同時，表面獲得較高的、特定的使用性能，如耐磨、耐蝕和抗疲勞、抗氧化等。
雷射重熔處理
用較高功率密度（10～10W/cm2）的雷射束，在金屬表面掃描，使表層金屬熔化，隨後快速冷卻凝固的技術。冷卻速度通常為10～10℃/S，採用巨脈衝，可以得到10℃/S的冷卻速度，從而得到細微的接近均勻的表層組織。利用雷射表面改性技術的優勢在現有廉價材料表面獲得微晶從而大大提高材料的使用性能，具有很好的套用前景。雷射表面微晶化處理時，由於自激冷造成的過冷度很大，合金在快速凝固中，會導致溶質陷阱與無擴散結晶，形成了細小的微晶結構。雷射表面重熔製備微晶改性層可以提高材料表面耐磨性和疲勞抗力。對於某些共晶合金，甚至可以得到非晶態表層，具有極好的抗腐蝕性能。
雷射合金化
利用雷射能源將材料局部區域表面加熱到一定溫度或形成一薄的熔化層，通過擴散或添加合金元素或化學反應改變表面化學成分以改善材料表面的力學、物理和化學性能的技術。它具有可局域處理，低的基體形變，對基體性能無損傷，效率高和快速加熱等優點，特別適用於工件的重要部位，如模具的合縫線，氣門挺桿和凸輪軸的局部表面。這樣，既改善了工件壽命的“瓶頸”部位，又可減化工藝和節約合金元素。雷射表面合金化與雷射重熔工藝相似，雷射在工件表面掃描並形成熔化帶。所不同的是將另外的合金成分加入熔池，熔化的基體材料和添加材料混合併經快速冷卻凝固形成新的合金層。雷射表面合金化技術中預置合金的方法很多，包括工件表面電鍍、真空蒸鍍、預置粉末層、放置厚膜、離子注入、噴粉、送絲和施加反應氣體等。由於一般合金的熔點較高，需採用幾千瓦的雷射功率，功率密度為10～10W/cm2。合金層的深度與雷射功率、光斑移動速度及金屬成分有關。
塗覆
雷射塗覆與雷射合金化相似，都是在雷射加熱基體的同時，熔入其他合金材料。但雷射塗覆除使基體與熔化的塗覆材料實現冶金結合外，塗覆材料很少被基體材料稀釋，基本上保持其原有成分不變。與雷射合金化相比，雷射塗覆能更好地控制表層的成分和厚度，能得到完全不同於基體的表面合金層，以達到耐磨耐腐蝕的目的。要實現塗層和基體的冶金結合，基體和塗層材料僅限於在具有可焊性的材料之間選取。雷射塗覆常用的塗層材料為合金粉末，也可以是不同金屬屑、合金粉末的混合物。按合金粉末的供應方式可分為兩種塗覆：一種是預置粉末雷射塗覆，即在雷射處理前將一定厚度的合金粉末層預置於基體之上；另一種是送粉式雷射塗覆，用惰性氣體將粉末送向雷射和材料的作用區。
雷射上釉
又稱雷射上光，它所用雷射能量密度在10～10W/cm2，使金屬表面快速熔化，在表面上形成一層非常薄的熔化層，當雷射快速移走後，金屬本身對熔化區進行“自淬”，冷卻速度高達10～10℃/S，通過這種快速熔化-凝固過程，使金屬表面產生特殊的非晶層（金屬玻璃）。對於材料改性很有發展前途，其成本低，容易控制和複製，有利於發展新材料。雷射上釉結合火焰噴塗、等離子噴塗、離子沉積等技術，在控制組織、提高表面耐磨、耐腐蝕性能方面有著廣闊的套用前景。電子材料、電磁材料和其他電氣材料經雷射上釉後用於測量儀表極為理想。
雷射去除
是利用雷射使工件表面污物、銹斑或塗層發生瞬間蒸發或剝離，高速有效地清潔工件表面。雷射清潔工藝不用有機溶劑，無污染、無噪聲，是一種“綠色”工藝。
雷射清洗
利用高能的雷射束照射工件表面，使表面的污物、銹斑或塗層發生瞬間蒸發或剝離，高速有效地清除表面的污染物或塗層。雷射清洗屬於乾洗，不需有機溶劑，沒有廢液排放，殘渣少，不會造成環境污染、能有效清除其他方法難以去除乾淨的吸附在物體表面的亞微米粒子。該技術柔性高、可控性好、易於選區定位精密清洗，易於遠距離遙控清洗難以到達或危險的地方。
雷射清洗的方法一般有4種：
①雷射乾洗法，即採用脈衝雷射直接輻射去污；
②雷射+液膜的方法，即首先沉積一層液膜於基體表面，然後用雷射使液膜發生爆炸去污；
③雷射+惰性氣體的方法，即雷射輻射的同時，用惰性氣體吹向工件表面，當污物從表面剝離後，就被氣體遠遠吹離表面，避免清潔表面再次污染和氧化；
④用雷射使污物鬆散後，再用非腐蝕性的化學方法去污。
缸孔雷射珩磨
又稱雷射微觀造型技術，就是套用具有一定能量密度的雷射束，在汽缸壁工作表面上，按發動機的潤滑性能要求進行表面微觀幾何結構造型，形成與潤滑性能要求最佳化相匹配的、連續均勻的、並具有一定密度、寬度、深度、角度、形狀的貯存和輸送潤滑油的油路和凹腔，形成“微型壓力室”，產生了具有一定厚度的穩定動態潤滑膜。
雷射珩磨技術可以顯著地改善汽缸工作時的潤滑狀況，能大幅度提高內燃機的使用性能，具有一系列的優點：延長使用壽命、降低機油耗、減少催化劑污染和顆粒排放、減少燃油耗以及活塞環組的成本。雷射珩磨與機械珩磨既有區別，又相互關聯。機械珩磨用以提高表面光潔度，並形成不規則的儲油溝槽（表面微觀結構形貌）；而雷射珩磨用以形成與性能相匹配的規則的儲油溝槽（表面微觀結構形貌），它們都在工件表面留下溝槽痕跡。雷射珩磨加工前後都應進行機械珩磨加工。
