一種“綠色”的清洗工藝。大致工作原理如下：激光束被需要處理表面的污染層吸收，大能量的吸收形成急劇膨脹的等離子體，產(chǎn)生沖擊波。在沖擊波的作用下污染物變成碎片并被剔除。清洗之后的表面減少了水和油氣等的吸附，提高了材料表面的抗腐蝕性。相對(duì)于傳統(tǒng)的清洗方式，激光清洗具有非接觸、高效率、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。

激光金屬清洗

一種表面硬化處理的工藝，進(jìn)行激光淬火的前提條件是鋼材料和鑄鐵材料中的碳含量超過(guò) 0.2%。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面硬化處理的目的，激光束通常將工件表層加熱到一個(gè)略低于熔化溫度的溫度區(qū)間（大約 900?1400℃），達(dá)到設(shè)定溫度后激光束開(kāi)始移動(dòng)，持續(xù)加熱前進(jìn)方向的表面，高溫加熱引起鐵原子在金屬晶格中的位置變化（奧氏體化）。當(dāng)激光束離開(kāi)后，被加熱的表層在基體溫度比較低的前提下產(chǎn)生自淬火效應(yīng)，而迅速地被基體材料所冷卻，快速冷卻導(dǎo)致已經(jīng)奧氏體化的金屬原子不能回到原來(lái)的位置，從而產(chǎn)生馬氏體。馬氏體是非常硬的金屬結(jié)構(gòu)相，具有更高的硬度。

激光淬火層深度通常在 0.1?1.5mm。對(duì)于某些特定材料，硬化深度可以達(dá)到 2.5mm 或者更深。更深的淬火深度需要更大體積的基體材料來(lái)快速散熱。

激光淬火所需要的功率密度相對(duì)較低。同時(shí)，通常需要處理工件表面的區(qū)域往往都比較大，因此，應(yīng)用中經(jīng)常將激光束整形成矩形光斑，使它能夠快速處理盡可能大的區(qū)域。激光淬火時(shí)經(jīng)常會(huì)用到光學(xué)掃描系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)時(shí)可以快速地移動(dòng)激光光斑，在工件表面經(jīng)過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)硬化工件表面，采用這個(gè)方法可以得到 60mm 寬的硬化軌跡。

相對(duì)于傳統(tǒng)方法（火焰淬火和感應(yīng)加熱淬火），激光淬火的優(yōu)勢(shì)在于：靠工件自身進(jìn)行冷卻。而其它工藝需要水或者油來(lái)冷卻工件。激光淬火時(shí)由于熱輸入量低，變形被控制在盡可能小的程度，這樣后續(xù)的加工成本降低了或者完全不需要再加工。當(dāng)涉及到不規(guī)則三維幾何形狀的工件要求進(jìn)行加工時(shí)，激光淬火同樣也能獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷：它可以以任何需要的路徑來(lái)引導(dǎo)激光加熱工件。

需要注意的是：激光淬火時(shí)光束重疊區(qū)域會(huì)再次被加熱。在該重疊區(qū)域內(nèi)硬度會(huì)降低，承受動(dòng)載荷的零件上，必須小心地控制和調(diào)整該硬度緩沖區(qū)的硬度。

激光淬火樣件

激光束不僅要加熱材料表面，同時(shí)還要持續(xù)熔化表面。根據(jù)處理材料的不同，激光表面拋光能夠提高材料表面的硬度或者提高抗腐蝕性。

激光拋光和熱傳導(dǎo)焊接類(lèi)似。當(dāng)熔融的表面材料凝固時(shí)，金屬表面發(fā)生再結(jié)晶過(guò)程并形成一層新的均勻的晶體結(jié)構(gòu)（再結(jié)晶）。新的結(jié)構(gòu)層同加工前相比，相的分布更加均勻、晶粒更加細(xì)小，從而導(dǎo)致該表面層的性能也同以前大為不同。

激光表面拋光主要應(yīng)用于鑄造零件的表面處理。帶動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的凸輪軸上的凸輪就是一個(gè)很好的例子。通過(guò)在凸輪表面熔化一層耐磨層和熔化后的快速冷卻使凸輪的接觸面更加耐磨，加工過(guò)程中，鑄鐵表面會(huì)生成一種叫做萊氏體的相，正是這一結(jié)構(gòu)相的生成使其表面高度耐磨。

激光拋光前后對(duì)比圖

激光束主要用于熔化外加的填充材料。填充材料和工件表面結(jié)合，形成一個(gè)性能特殊的層，典型的層厚度在 0.5 到幾毫米之間。涂覆層和母材結(jié)合的區(qū)域，兩種材料混合在一起，為了保證表面熔覆層的性能，這個(gè)區(qū)域要盡可能小。

引入外加填料的方法有兩種。第一種方法是通過(guò)一個(gè)噴嘴將填料以粉末的形式直接噴到激光熔池中，與激光金屬熔覆（Laser Metal Deposition，LMD）是一個(gè)道理。另一種辦法是直接將填料涂到工件表面，然后利用激光束來(lái)熔化填料使得它和母體材料結(jié)合。激光涂層非常適合工件表面指定區(qū)域的選擇性強(qiáng)化處理。以發(fā)動(dòng)機(jī)閥門(mén)為例，它們?cè)谑褂眠^(guò)程中要承受極大的溫度波動(dòng)、研磨物質(zhì)的沖擊和摩擦。為了提高對(duì)這種工件的服役性能，需要在閥門(mén)開(kāi)關(guān)和閉合區(qū)域制備一個(gè)保護(hù)涂層。

激光金屬涂覆應(yīng)用