激光熔覆合金涂层强化gcr15钢.研究

《激光熔覆合金涂层强化gcr15钢.研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1．1激光表面改性技术第一章绪论激光即laser，是“Lightamplificationbysimulatedemissionofradiation’’的缩写，意为辐射的受激发射光的放大。在我国最初被称为“莱塞”，大约在1964年，根据钱学森院士的建议，把光受激发器改称为“激光”或“激光器’’【11。激光最显著的特性是：单色性好，方向性好、亮度高，相干性好【2】-【3J。1)单色性好激光中单色性最好的是气体激光器产生的激光。如He-Ne激光器产生的632．8nm谱线，宽度只有10。9nm。相比而言，在普通光源中

2、单色性最好的用来作为长度基准器的氪灯(斌)，其谱线宽度为4．7×10～nnl。显然，激光的单色性比一般光要高出106～107倍以上。由于激光的单色性极高，从而保证了激光能精确的聚焦在焦点上，得到很高的功率密度。2)方向性好、亮度高从光源发出的激光平行传播的程度称为方向性。由于谐振腔对光束方向的选择作用，激光器输出的光束发散角很小，可以小于或等于10～～10—rad。考虑到光的波动性，即使是理想的平面波，在通过直径为D的孔径时，由于衍射也会发生一定的发散。对于相同的光束直径，波长越小其方向性越好。激光的方向性带来两

3、个结果，即光源表面的亮度高，被照射的地方光的照度大。一个具有10MW功率的He．Ne激光器可产生比太阳高几千倍的亮度，这样亮的光源可在屏幕上产生面积很小但照度极大的光斑。因此，可以说方向性好、亮度高、照度大三者是同一性质的三种表现，归纳起来就是激光光束的能量在空间高度集中。3)相干性好以适当的方法将同一光源发出的光分成两束，再使两束光重合变产生明暗相间的条纹，这就是光的干涉。无论是激光还是电波，或是白炽灯光和太阳光，从本质上来说，他们都是电磁波。然而，激光和白炽灯光和太阳光有较大不同，其中之一就是激光具有很好的相

4、干性。白炽灯光(或太阳光)的光波是由无数的原子或分子发射的，故产生波长各不相同的杂乱光。即使这些光合成后也会产生不规则的振动，所以不能形成整齐有序的大振幅的光波。而激光的相位在时间上保持不变，是整齐有序的，所以合成后能形成相位整齐、规则有序及大振幅的光波。由于激光具有以上一系列优点，而它又可以由一系列反射镜和透镜来控制，聚焦成直径很小的光斑(O．1mm)，从而获得极高的功率密度(104～109W／mm2)，因此激光作为一种加工工具广泛应用于生产生活的各个领域。激光束材料表面改性技术就是利用大功率密度激光束，以非接

5、触方式加热材料表面，借助于材料本身的热传导进行冷却，在材料表面形成一定厚度的处理层，从而提高材料的力学性能、冶金性能、物理性能等，以满足各种不同的使用要求，它属于表面工程领域中的表面改性技术，它的研究始于20世纪60年代第一台固体激光器一红宝石激光器的诞生，并于70年代大功率激光器成功研制后开始获得迅速发展。与其它表面技术相比，激光材料表面改性技术具有以下优点【41：(1)激光束具有很高的功率密度，材料被加热和自冷却速度很快，激光硬化处理后的工件表面硬度比常规淬火硬度高5％～20％，在零件表面可获得极细的硬化层组

6、织，而且淬硬层的深度可以控制，一般为0．3～1．2mm，采用大功率激光器可以达到1～3mm：(2)依靠零件本体热传导实现急冷，无需冷却介质，具有很高的工作效率，配有计算机控制的多维运动工作台的激光加工系统，特别有利于生产率很高的机械化、自动化生产：(3)与各种传统热处理技术相比变形最小，而且可以用处理工艺来控制变形量：(4)可处理零件的特定部位及其他方法难以处理的部位，对表面型廓复杂的零件，可以进行灵活的局部强化：(5)一般无需真空条件，即使是特殊的合金化处理，用保护气体即可有效防止氧化及元素烧损，最大限度地消除

7、了传统热处理影响区的不良影响。同时，激光表面改性也具有一定的局限性：(1)由于只是表面局部处理，故无助于金属材料芯部性能的改变：(2)由于金属对波长10．61．tm的激光反射率很高，为增大对激光的吸收率，需做表面涂层预处理：(3)设备一次性投入费用高，且需要专业人员操作，对人员素质要求比较高。根据激光处理工艺特征的不同，激光表面改性技术可分为：激光表面淬火、激光表面熔凝、激光表面合金化、激光熔覆、激光非晶化、激光冲击硬化等。其中，激光表面淬火和激光表面熔凝技术起步较早，并且发展得也比较成熟，己经部分用于工业生产，

8、激光非晶化和激光冲击硬化尚处于研究起步阶段。目前对激光表面改性技术的研究中最活跃的领域是激光熔覆和激光表面合金化。本文着重讨论激光熔覆技术及其工艺研究。1．2激光熔覆技术激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀