[科普中國]-激光上釉

激光上釉是一種材料表面改性工藝，又稱激光釉化。利用功率密度很高(105~107瓦/ 平方厘米)的激光束在很短時(shí)間內(nèi)作用于材料表面，使材料表面迅速熔化，然后通過材料基體的激冷作用(冷卻速度105~109K/s)使表面熔化層形成一層微晶或非晶層，即釉化層。釉化層的厚度一般在0.5~100μm范圍內(nèi)1。

定義激光釉化是一種材料表面改性工藝，又稱激光上釉。利用功率密度很高(105~107瓦/ 平方厘米)的激光束在很短時(shí)間內(nèi)作用于材料表面，使材料表面迅速熔化，然后通過材料基體的激冷作用(冷卻速度105~109K/s)使表面熔化層形成一層微晶或非晶層，即釉化層。釉化層的厚度一般在0.5~100μm范圍內(nèi)1。

原理采用聚集后功率密度在10-10W/cm范圍內(nèi)的激光束高速掃描材料表面生熔化薄層，同時(shí)在液固兩相間保持極高的溫度梯度，使冷卻速度高達(dá)10-10K/s快凝形成微晶、納米晶、過飽和固溶體、非平衡相合金、非晶等結(jié)構(gòu)成分均質(zhì)化的表面改性方法激光上釉層具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，一般比原組織結(jié)構(gòu)的基體提高10-100倍，同時(shí)還能消除表面微缺陷，提高抗疲勞性能其主要工藝參數(shù)是激光束功率密度和掃描速度。控制這些參數(shù)就能實(shí)現(xiàn)烙深、凝固速度和溫度梯度的特殊匹配。工業(yè)用的脈沖激光束和連續(xù)激光束(CO2、CO)等氣體激光器)均能用于激光上釉。上釉工藝能達(dá)到的平均冷卻速度超過10K/s，而熔層厚度為1—10μm2。

特點(diǎn)該方法的特點(diǎn)是能高效率地在材料或形狀較復(fù)雜的零部件表面整體或選區(qū)獲得微晶直至非晶的具有特殊性能的均質(zhì)化層，且工藝過程較為簡單和易于實(shí)現(xiàn)自動化。但某些合金掃描搭接區(qū)組織結(jié)構(gòu)的異化問題尚需進(jìn)一步解決3。

適用范圍該工藝特別適用于彌散強(qiáng)化、晶粒尺寸強(qiáng)化、非穩(wěn)態(tài)置換型和非晶等合金的表面成分和結(jié)構(gòu)均質(zhì)化，在保持材料原有性能如耐磨、抗疲勞等基礎(chǔ)上大大提高耐蝕性。

激光釉化現(xiàn)僅用于鑄鐵、碳素鋼、合金鋼、高溫合金等金屬材料。激光釉化后的材料表面，其組織成分較均勻，除出現(xiàn)微晶或非晶外，還可出現(xiàn)新的亞穩(wěn)相，從而使材料表面具有優(yōu)異的電磁、化學(xué)和機(jī)械性能，如高硬度、良好的塑性及耐蝕性和耐磨性等。激光釉化主要用于材料表層防護(hù)和獲得材料表層特殊冶金組織4。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)