激光表面處理是利用高功率密度激光束以非接觸方式加熱材料表面，通過材料表面本身的傳導(dǎo)冷卻實(shí)現(xiàn)其表面改性的技術(shù)。對(duì)提高材料表面的機(jī)械和物理性能，以及零件的耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞性有很大的好處。近年來，激光清洗、激光淬火、激光合金化、激光沖擊強(qiáng)化、激光退火等激光表面處理技術(shù)以及激光熔覆、激光3D打印、激光電鍍等激光增材制造技術(shù)迎來了廣闊的應(yīng)用前景。


01激光清潔

激光清洗是目前正在迅速發(fā)展的一種新型表面清洗技術(shù)。它利用高能脈沖激光束照射工件表面，使表面的污垢、顆?；蛲繉铀查g蒸發(fā)或膨脹、剝落，從而達(dá)到清潔的過程。激光清洗主要分為除銹、除油、脫漆、去涂層。主要用于金屬清洗、文物清洗、建筑清洗等。它以其功能**、加工精確靈活、高效節(jié)能、環(huán)保、不損傷基材、智能化、清洗質(zhì)量好、安全、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，越來越受到各工業(yè)領(lǐng)域的青睞。

與機(jī)械摩擦清洗、化學(xué)腐蝕清洗、液體和固體的強(qiáng)沖擊清洗、高頻超聲波清洗等傳統(tǒng)清洗方法相比，激光清洗具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

02激光淬火

激光淬火以高能激光為熱源，使金屬表面快速加熱和冷卻，從而瞬間完成淬火過程，獲得高硬度和超細(xì)馬氏體組織，提高金屬表面的硬度和耐磨性，在表面形成壓應(yīng)力，提高抗疲勞能力。該工藝的**優(yōu)勢(shì)包括熱影響區(qū)小、變形小、自動(dòng)化程度高、選擇性淬火靈活性好、細(xì)化晶粒硬度高、智能環(huán)保。比如激光光斑可調(diào)，可以淬火任意寬度位置；其次，多軸機(jī)器人聯(lián)動(dòng)的激光頭可以對(duì)復(fù)雜零件的指定區(qū)域進(jìn)行淬火。再比如激光淬火溫度極高，冷卻迅速，淬火應(yīng)力和變形小。激光淬火前后工件的變形幾乎可以忽略不計(jì)，因此特別適合精度要求高的零件表面處理。

目前，激光淬火已成功應(yīng)用于汽車工業(yè)、模具工業(yè)、五金工具和機(jī)械工業(yè)的易損件表面強(qiáng)化，特別是在延長(zhǎng)齒輪、軸面、導(dǎo)軌、鉗口、模具等易損件的使用壽命方面，效果**。激光淬火的特點(diǎn)如下:

1)激光淬火是快速加熱和自激冷卻，不需要爐內(nèi)保溫和冷卻液淬火。它是一種無(wú)污染、環(huán)保的熱處理工藝，可以很容易地對(duì)大型模具表面進(jìn)行均勻淬火；

2)由于激光加熱速度快，熱影響區(qū)小，而且是表面掃描加熱淬火，即瞬時(shí)局部加熱淬火，所以加工的模具變形很??；

3)由于激光束的發(fā)散角很小，具有很好的方向性，通過導(dǎo)光系統(tǒng)可以對(duì)模具表面進(jìn)行精確的局部淬火；

4)激光表面淬火硬化層深度一般為0.3 ~ 1.5毫米..

03激光退火

激光退火是指用激光加熱材料表面，使材料長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫下，然后緩慢冷卻的熱處理過程。這個(gè)過程的主要目的是釋放應(yīng)力，增加材料的延展性和韌性，產(chǎn)生特殊的顯微組織。其特點(diǎn)是調(diào)整基體結(jié)構(gòu)，降低硬度，細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力。近年來，激光退火技術(shù)也成為半導(dǎo)體加工行業(yè)的一項(xiàng)新技術(shù)，可以**提高集成電路的集成度。

04激光沖擊強(qiáng)化

激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是利用強(qiáng)激光束產(chǎn)生的等離子體沖擊波來提高金屬材料的抗疲勞性、耐磨性和耐腐蝕性的高新技術(shù)。它具有無(wú)熱影響區(qū)、高能效、超高應(yīng)變速率、可控性強(qiáng)、強(qiáng)化效果**的突出優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，激光沖擊強(qiáng)化具有殘余壓應(yīng)力更深、顯微組織和表面完整性更好、熱穩(wěn)定性更好、使用壽命更長(zhǎng)的特點(diǎn)。近年來，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展迅速，在航空航天、**、**等領(lǐng)域潛力巨大。此外，涂層主要用于保護(hù)工件免受激光灼傷，增強(qiáng)對(duì)激光能量的吸收。目前常用的涂層材料有黑漆和鋁箔。

激光噴丸(LP)又稱激光沖擊噴丸(LSP)，是一種應(yīng)用于表面工程領(lǐng)域的技術(shù)，即利用脈沖大功率激光束在材料內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，以提高材料表面的抗損傷能力(如耐磨性、抗疲勞性)，或提高材料的薄斷面強(qiáng)度，從而強(qiáng)化材料的表面硬度。

與大多數(shù)材料加工應(yīng)用不同，LSP不使用激光功率進(jìn)行熱處理以達(dá)到所需的效果，而是使用光束沖擊進(jìn)行機(jī)械加工。高功率激光束以高功率短脈沖撞擊目標(biāo)工件表面。

光束撞擊金屬工件，立即將工件蒸發(fā)成薄層等離子體狀態(tài)，并對(duì)工件施加沖擊波壓力。有時(shí)會(huì)在工件上附著一層薄薄的不透明涂層材料來代替金屬蒸發(fā)。為了提高壓力，使用其他透明涂層材料或慣性干涉層來捕獲等離子體(通常是水)。

等離子體產(chǎn)生沖擊波效應(yīng)，在沖擊點(diǎn)重塑工件表面的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而產(chǎn)生金屬膨脹和壓縮的連鎖反應(yīng)。這種反應(yīng)產(chǎn)生的深層壓應(yīng)力可以延長(zhǎng)部件的使用壽命。

05激光合金化

激光合金化是一種新型的表面改性技術(shù)，可根據(jù)航空材料的不同服役條件，利用高能量密度激光束加熱快、凝結(jié)速度快等特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)件表面制備非晶-納米晶增強(qiáng)金屬陶瓷復(fù)合涂層，從而達(dá)到航空材料表面改性的目的。與激光合金化技術(shù)相比，激光熔覆技術(shù)具有基材對(duì)熔池的稀釋率小、熱影響區(qū)小、工件受熱變形小、激光熔覆處理后工件廢品率小等特點(diǎn)。激光熔覆能**改善材料表面性能，修復(fù)磨損材料，具有高效、高速、環(huán)保無(wú)污染、處理工件性能好等特點(diǎn)。

06激光熔覆

激光熔覆技術(shù)也是**表面工程發(fā)展方向和水平的新型表面改性技術(shù)之一。激光熔覆技術(shù)因其無(wú)污染且制備的涂層與基體之間為冶金結(jié)合，已成為鈦合金表面改性的研究熱點(diǎn)。激光熔覆陶瓷涂層或陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層是提高鈦合金表面結(jié)合力的有效途徑。根據(jù)實(shí)際工作條件，選擇合適的材料體系，采用激光熔覆技術(shù)，可以達(dá)到**的工藝要求。激光熔覆技術(shù)可以修復(fù)各種失效零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。

激光表面合金化與激光表面熔覆的區(qū)別在于，激光表面合金化是將添加的合金元素與液態(tài)的基體表層充分混合，形成合金層。而激光表面熔覆是將所有的預(yù)涂層熔化，將基材表層稍微熔化，使熔覆層與基材形成冶金結(jié)合，保持熔覆層成分基本不變。激光合金化和激光熔覆技術(shù)主要用于提高鈦合金的表面耐磨性、耐腐蝕性和抗分級(jí)性。

目前，激光熔覆技術(shù)已廣泛應(yīng)用于金屬表面的修復(fù)和改性。然而，傳統(tǒng)的激光熔覆雖然具有加工靈活、異形修復(fù)、自定義添加等優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。，其工作效率較低，在一些生產(chǎn)領(lǐng)域仍不能滿足大規(guī)模、快速生產(chǎn)加工的要求。為了滿足高速大批量生產(chǎn)的需求，提高熔覆效率，高速激光熔覆技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

高速激光熔覆技術(shù)可實(shí)現(xiàn)致密無(wú)缺陷的熔覆層，表面質(zhì)量致密，與基材呈冶金結(jié)合，無(wú)開放性缺陷，表面光滑平整。不僅可以在回轉(zhuǎn)體上加工，也可以在平面和復(fù)雜曲面上加工。通過不斷的技術(shù)優(yōu)化，該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、海洋平臺(tái)、造紙、家電、汽車、船舶、石油、航空航天等行業(yè)，成為可替代傳統(tǒng)電鍍技術(shù)的綠色再制造工藝。