完整版激光表面改性技术课件.ppt

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1、激光表面改性技术,2011,光信息科学与技术,指导老师：鲁晶,学生：肖冯俊树,1.,什么是激光表面改性技术？,2.,激光表面改性技术有哪些用途？,3.,激光表面改性的分类,（简单介绍,5,种，,激光熔覆、激光淬火、激光表面熔凝、,激光表面强化、激光表面合金化）、,特点及其各自的应用。,4.,激光表面改性的前景和存在问题。,1.,什么是激光表面改性技术？,一般原理,激光与材料表面相互作用过程,一般原理,激光表面改性技术是采用高功率密度的激光器，利用光学,聚焦透镜将激光束聚焦，从而获得很高的激光功率密度和温度。,以非接触的方式，照射到材料表面，使金属材料表面在瞬间,（毫秒甚至微秒级）被加热或熔化后

2、，借助于材料表面自身传,导快速冷却。在激光束与材料表面相互作用的过程中，通过热,效应及化学反应等方式，改变材料表面的组织结构、物理性能、,化学成分、应力状态等，从而改善材料表面性能,（如耐磨性、,耐腐蚀性、抗氧化性和抗疲劳性等）,的工艺方法。,激光与材料表面相互作用过程,激光与材料表面的相互作用按激光强度和辐,射时间分为几个过程：,1.,吸收光能量,2.,能量传递,3.,冷却,4.,材料表层组织的改变（形成强化薄层）,2.,激光表面改性技术有哪些用途？,（,1,）：提高材料表面的耐腐蚀性（抗氧化性）,（,2,）：提高材料表面的耐磨性,（,3,）：提高材料表面的抗疲劳性,（,4,）：改善和修复损

3、坏的零部件,总之：激光表面改性技术在改善和强化材料表面性,能，提高材料的使用寿命方面具有突出的优越性。,3.,激光表面改性技术的分类,激光熔覆、激光淬火、激光表,面熔凝、激光表面冲击强化、,激光表面合金化,（,1,）激光熔覆（亦称为激光包覆，或者激光,熔敷）,a,原理,：通过在基体材料（基材）表面添加一层熔覆材,料，再利用高能密度的激光束对其表面辐射加热，,使基材表面薄层和熔覆材料发生熔化，由于材料自,身热传导作用，被辐射后的材料表面迅速冷却温度,降低，并快速凝固形成一层与其为冶金结合的填料,熔覆层。,b,方法：,一步法,（同步送料法）和,预置法,（,P5,P6,）,c,优点：,涂层与基材集合

4、好，熔覆组织致密。,降低材料成本，降低能源消耗，节约贵重稀,有金属。,d,用途：,材料表面改善和修复,（,2,）激光淬火（激光相变硬化）,a,原理：,利用聚焦后的激光束，扫描材料表面，使,材料表面温度迅速升高到相变点以上，当激光移,开后，由于仍处于低温的内层材料快速导热作用,使受热表层快速冷却到马氏相变点以下获得淬硬,层，进而实现材料表面的相变硬化。,b,优点：,不需要淬火介质，加热速度快。,淬火后工件变形小，适合高精度要求的,零件表面处理。,c,用途：,增加材料表面,抗疲劳强度,（,3,）激光表面熔凝（激光熔化淬火）,a,原理：,指激光束照射到材料表面，使其表面薄层熔化，,在移开激光光束后，

5、熔化的表层材料迅速凝固，组织,得以细化，成分偏析减少，缺陷率降低，凝固组织中,呈现较高的压应力状态，获得较为细化均质的组织，,从而改善和强化材料表面。,b,优点：,一般不添加合金元素。,熔凝层与材料基体是天然的冶金结合。,在熔凝过程中，可以排除杂质和气体。,同时极冷重结晶获得的组织具有较高的硬度、,耐磨性、抗蚀性,c,用途：,提高材料,硬度,，,耐磨性,和,抗腐蚀性,（,4,）激光冲击强化,a,原理：,指利用高能量密度、短脉冲激光扫描材料表面，由,于材料吸热后升华气化而急速膨胀甚至等离子体化，并引,起爆炸波以及在表面产生冲击波，从而使材料表面强化的,技术。在激光与材料相互作用的过程中，由于高压

6、冲击应,力波的产生，使材料表面产生塑性变形，形成大量的高密,度位错和残余压力，从而可大幅度提高材料表面的硬度和,抗疲劳性。,b,优点：,可在空气中进行，对基体材料不产生畸变。,可冲击强化精加工工件的曲面（如齿轮、轴承,等）,c,用途：,提高材料,抗疲劳寿命,（,5,）,激光表面合金化,a,原理：,利用高能密度的大功率激光束将基底材料局部,区域表面加热到一定固态温度或形成一层薄的熔区，,通过扩散或添加合金元素或化学反应，改变表面化学,成分以改善材料表面的性能。,b,优点：,可利用气体或液体材料作为合金元素,合金化层组织小，结构致密，气孔率低,无需以工件作为电极传导，粉末材料和基体,材料使用面广,

7、热影响区小，工件变形小,c,用途：,常用于在磨损、腐蚀、高温氧化等工作条件下,的工件,表面强化,，以及,修复磨损件,。,4.,激光表面改性的前景和存在问题,（,1,）存在问题,激光功率不够大，且辅助设备待研发和提高。,处理面积小，对于大面积、形状复杂的工件难以实现高,效率加工。,激光表面处理技术改性机理还不完善，温度场的测定还,不够精确，激光表面处理加工过程中的热应力、热应变和,加工后的残留应力问题没有很好理论解释。,激光表面处理工艺参数、材料性能,以及表面状况（如吸,光率）等处理后表层性能的影响研究不完善。,设备昂贵，一次性投入高。,（,2,）前景,利用激光表面处理技术，在一些表面性能差和价

8、,格便宜的基体金属表面获得合金层，用以取代昂,贵的整体合金，节约贵金属和材料，使廉价材料,获得应用，从而大幅度降低成本。,可以用来研制新材料和代用材料，制造出在性能,上与传统冶金方法根本不同的表面合金，应用在,太空、高温和化学腐蚀环境条件下的机械零件上。,为了得到综合效果更好的表面层，复合表面改性,技术将是激光表面改性的一个重要方向。,随着激光器、机器人和自动控制技术的发展，激,光表面改性将向着大功率，自动化、智能化方向,迈进。,国外正在进行用激光冲击波来改善飞机结构中紧,固件周围疲劳性能的应用研究。发现,6.5 mm,板厚,的裂纹扩展试件和紧固试件的高频疲劳寿命，在,激光处理后比处理前延长,100,倍。,激光表面处理技术无污染特点，对环保几乎没有,负面效应，明显的性能优势将使激光表面改性技,术呈现出具有广阔的应用和发展前景。,致谢,?,本论文是在鲁晶老师的指导下完成的。在整个论,文的撰写，修改最后定稿的过程中，鲁晶老师都,在鼓励支持我，鲁老师严谨的治学态度、优秀的,专业素养和敬岗爱业的精神都使我受益匪浅，在,此我要由衷的感谢鲁老师在我论文写作期间给予,的帮助与理解。,谢谢观看！,