第1激光表面处理和电子束表面处理激光表面处理

1、实扌络P地址：中国。哈尔滨市松北区糖厂街1号邮编：150027第八章激光表面处理和电子束表面处理第一节激光表面处理激光表面处理：用能量密度极高的激光束来照射金属基体表面，从而改变表面 层的成分和显微结构。达到提高表面性能的目的，以适应工程对基体材料的需求。 激光表面处理工艺包括：激光相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化和激 光冲击硬化等。一激光的特点1高方向性 激光束是平行光速，发散角可以小于几个毫弧度2高亮度性 激光本身就具有极高的能量密度，经过聚焦以后，焦斑中心的温 度可达到上千甚至上万度。3高单色性 具有相同的位相和波长，所以单色性好二激光表面处理用的外围装置1光学系统：转折反射镜

2、一般是铜合金镀金的反光镜 聚焦镜有透射型和反射型2机械系统：光束不动，零件按要求移动的机械装置 零件不动，光束按要求移动的机械装置 光速和零件同时按要求移动的机械装置三激光表面处理技术及分类（一）表面处理技术1激光加热金属的过程该过程是光和热的转变过程，是通过光子与金属的自由电子相碰撞使电子的能 量提高，从而转化成晶格的热。2激光处理前的表面预处理（1）为什么进行前处理：通常情况下，吸收率仅 10%左右（2）如何前处理：进行磷化、黑化或涂覆红外能量吸收材料3激光表面强化见激光表面淬火实例，如下图:材料或零件名称采用的激光设备效果应用单位齿轮转向器箱体 内孔（铁素体可锻铸 铁）5台500w和12

3、台1000wC02激光器每件处理时间 18s,耐磨性提高9 倍，操作费用仅为 高频淬火或渗碳处理的1/5美国通用汽车公 司Saginaw转向器分部EDN系列大型增 压采油机汽缸套（灰铸铁）5 台 500WC02 激光器15min处理一件， 提咼耐磨性，成为 该分部EDN系列 内燃机的标准工 -艺美国通用汽车公 司电力机车分部轴承圈1台1kwCO2激光器用于生产线，每分钟淬12个美国通用汽车公 司操纵器外壳CO2激光器耐磨性提高10倍美国通用汽车公 司渗碳钢工具2. 5kwCO2激光器寿命比原来提高2.5倍美国通用汽车公 司中型卡车轴管圆角5kwCO2激光器每件耗时7秒美国通用汽车公 司特种米油

4、机缸套每生产线4台5kwCO2激光器每2 min处理一个 套缸（包括辅助时 间），大大提咼耐 磨性和使用寿命美国通用汽车公 司汽车转向机导管 内壁每生产线3台2kw 激光器每天淬火600件， 耐磨性提咼3倍美国福特汽车公 司塞金诺转向器公司轿车发动机缸体内壁“975” 4!激光器取消了缸套，提高了寿命（意）菲亚特汽车 公司汽车缸套3. 5kw激光器处理一件需21秒意大利菲亚特汽车公司研究中心汽车与拖拉机缸套国产（1-2） CO2激光器提高寿命约40%， 降低成本20%，汽 车缸套大修期从（10-15）万Km提高到30万Km，拖拉机缸套寿命达8000h以上西安内燃机配件厂手锯条（T10钢）国产2

5、kw CO2激光器使用寿命比国家 标准提高61%，使 用中无脆断重庆机械厂发动机气缸体四条自动生产线2kw CO2激光器寿命提高一百以上，行车超过 20万km中国第一汽车制 造厂东风四型内燃机 汽缸套2kw CO2激光器使用寿命提高到50 万 km大连机车车辆厂2351组合机导 轨2kw CO2激光器硬度和耐磨性远 高于高频淬火的 组织第一汽车制造厂硅钢片模具美国820型横流1.5kw CO2激光器变形小，模具耐磨 性和使用寿命提天津渤海无线电厂第2页实扌络P高约10倍米油机气缸套HJ 3型千瓦级横 流CO2激光器可取代硼钢套，耐 磨性和配副性优 良青岛激光加工中心转向器壳体2kw横流CO2激

6、光器耐磨性比未处理的提咼4倍江西转向器厂第3页实扌络P4激光表面涂敷(1) 涂敷陶瓷 热喷涂方法涂敷陶瓷七孔多，有熔渣夹杂,有微观裂纹,用激光涂敷 陶瓷可避免上述缺陷，提高涂敷层质量,延长寿命.(2) 有色金属激光涂敷 西安交大对铝合金发动机缸体内壁涂敷硅粉和M0S2,获得0.1mm到0.2mm的硬化层，其硬度可达基体的3.5倍5表面非晶态处理激光加热金属表面至熔融状态，以大于临界冷却速度激冷至低于某一特征温度 ， 防止晶体成核和长大，从而获得非晶态结构。非晶态处理可减少表面成分偏析，消除 表层的缺陷和可能存在的裂纹，具有高力学性能，高屈服点，高耐蚀耐磨性等优点。 如纺纱机的钢令跑道用此处理，

7、表面硬度达1000HV以上，耐磨性提高1至3倍。6激光表面气相沉积用CO2激光器照射，TiCL4+ H2+ CO2或TiCL4+CH4的混合气体，由于激光的 分解作用，可在基体表面形成三氧化二铝和二氧化硅的薄层。有短波照射AL(CH 3)3 和Si3H6可沉积铝和硅。7激光表面合金化用镀膜或喷涂等技术把所需合金元素涂敷在金属表面，然后激光照射，使涂敷 层和基体熔化，混合，形成新的表层，从而提高了表面耐磨性，耐蚀性和抗高温氧 化性。(二)激光表面处理分为：1激光表面熔化及自淬火，快速凝固2激光热处理及相变硬化3激光表面合金化4激光冲击硬化5激光涂敷或激光沉淀，涂层熔凝第二节电子束表面处理一电子束

8、表面处理的主要特点高速运动的电子具有波的性质。用电子束照射金属时，电子能深入金属表面一 定深度与基体表面的原子核和电子发生碰撞作用，使电子束的能量迅速的转化为金 属表面的热能，使其表面温度迅速升高。与激光处理相比，电子束加热的深度和尺 寸比激光大，因为电子束加速电压达125KV，输出共率达150KW，能量密度达32103MW/m2。电子束处理主要特点：言亍优越1加热和冷却速度快2与激光处理相比成本低3结构简单，电子束靠磁偏移转动、扫描、而不需共建转动、移动和光传输机4电子束与金属表面偶合性好5电子束是在真空中工作的，以保证工件表面不被氧化，也带来许多不便。6便于用微机系统控制7电子束易激发X射线，应注意防护二电子束表面处理工艺1表面相变强化处理用散焦方式的电子束轰击金属表面，控制加热速度为103 105C /s,使金属表面加热到相变温度以上，然后告诉冷却，产生马氏体等相变强化。适用于碳钢、中碳 低合金钢、铸铁等表面强化处理。2电子束的表面重熔处理利用电子束轰击工件表面使表面产生局部熔化并快速凝固，可以细化组织，达 到硬度和韧度的最佳配合。主要用于工模具的表面处理。3电子束表面合金化处理先将具有特殊性能的合金粉末涂敷于工件表面，在用电子束轰击熔化，表面会 形成一层耐蚀、耐磨、耐热的新的合金层。这时电子束的功率密度应比相变强化高3倍以上。4电子