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激光表面非晶化技术及工艺应用

时间：2011-12-31 22:27:01  来源： 打印本文

激光表面非晶化技术及工艺应用

2005/9/22/10:171. 激光表面非晶化原理

    利用能量密度数量级高达106W／cm2的C02激光器连续激光束，以极快的速度(如l～lOm／s)扫描，在金属表面形成过热度很高的薄层熔体。同时，在热量尚未传给冷基体的条件下，熔体与相邻冷基体之间保持了很大的温度梯队，从而实现了熔体的超快速冷却，使熔体过冷至其晶化温度Tg以下，防止晶体成核和生长，从而在金属表面形成非晶。

    在激光加热表面形成熔体后，能否在表面形成非晶，取决于热力学和动力学的诸多瞬间特性，如熔层的深度、温度、化学成分及其均匀性；固～液间的温度梯度、凝固速度、冷却速度等。

2. 激光非晶化工艺

    为了在钢铁和Ni基合金等形成非晶临界冷却速度很高的金属材料表面获得非晶层，可以在激光非晶化处理前对基体材料表面进行预处理。预处理的方法包括：激光合金化；电镀或气相沉淀；粘结或等压。目的是在表面形成易形成非晶的合金层。

    目前，激光非晶化技术远不如激光淬火及涂覆或合金化工艺那样成熟，可直接借鉴的资料不多，还没有相应的手册或数据库。因而，具体实施激光非晶化时，其最佳激光参数，要通过分析总结激光参数～结构鉴定～性能的试验结果来获得。

3. 激光非晶化结构性能及应用

    激光非晶化层在金相及电镜下观察无结晶特征，呈均匀的亮白色。X射线谱为变化缓慢的“馒头峰”，电子衍射像为弥散的晕环。激光非晶层的显微硬度远高于相应成分的晶体相，其值约为 HV＝6000～12000MPa。

    激光非晶化研究工作始于70年代中期，但至今其开发应用尚未取得突破性的进展。一些成功的研究有：Fe40Ni40P12B8合金通过表面预处理+表面涂层+2kW连续激光快速熔凝及搭接技术，在合金表面获得了大面积的非晶层。Pd—Cu—Si合金采用300～500W C02连续激光，熔池直径0．2mm，扫描速度为100～800mm／s，扫描搭接平行移动距离为0.075～0．1mm的条件下，在合金表面获得了大面积非晶。但同样激光参数用于Fe—10Cr—5Mo合金，则只在单道扫描时形成非晶，而在搭接的热影响区发生了晶化。激光合金化成功的应用报道并不多，但效果相当不错。如纺纱机钢令跑道表面硬度低，易生锈，造成钢令使用寿命低，纺纱断头率高。用激光非晶化处理后，钢令跑道表面的硬度提高至1000HV以上，耐磨性提高l～3倍，纺纱断头率下降75％，经济效益显著。汽车凸轮轴和柴油机铸钢套外壁经激光表面非晶态处理后，强度和耐磨蚀性均明显提高。激光表面非晶态处理对消除奥氏体不锈钢焊缝的晶界腐蚀也有明显效果，还可用来改善变形镍基合金的疲劳性能等。