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表面處理工藝-激光表面處理
信息來源:gdotmc.com    發布時間:2019.12.30

定義:

通過激(ji)光對工件表面進(jin)行設計和改進(jin)處理(li),從而(er)改善(shan)其表面性能(neng)的方法(fa)。

原理:

激(ji)光(guang)(guang)(guang)束向金(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)面層照射(she),金(jin)(jin)屬(shu)表(biao)(biao)層和(he)其(qi)所吸(xi)收的(de)激(ji)光(guang)(guang)(guang)進行光(guang)(guang)(guang)-熱(re)(re)轉換。當(dang)光(guang)(guang)(guang)子(zi)和(he)金(jin)(jin)屬(shu)的(de)自由(you)電子(zi)相(xiang)碰撞,金(jin)(jin)屬(shu)導(dao)帶(dai)電子(zi)的(de)能級提(ti)高,并將其(qi)吸(xi)收的(de)能量轉化為(wei)晶格(ge)的(de)熱(re)(re)振(zhen)蕩。由(you)于光(guang)(guang)(guang)子(zi)能穿透金(jin)(jin)屬(shu)的(de)能力極低,作用深度很淺(qian),故僅能使其(qi)表(biao)(biao)面的(de)一薄層溫度升(sheng)高。由(you)于導(dao)帶(dai)電子(zi)的(de)平(ping)均自由(you)時間僅有0.001s左右,因而(er)這種熱(re)(re)交換和(he)熱(re)(re)平(ping)衡(heng)的(de)建立是非常迅速的(de)。

分類:

包括(kuo)清洗(xi)、相變硬(ying)化(hua)、合(he)金化(hua)、涂敷、熔凝、沖擊(ji)強化(hua)等。

激光清(qing)洗:

1.定義:

利用高能的激光(guang)束照射工(gong)件表面(mian),使表面(mian)的污(wu)物(wu)、銹斑或(huo)涂層(ceng)發生瞬間(jian)蒸(zheng)發或(huo)剝離,高速有(you)效(xiao)地清除表面(mian)的污(wu)染物(wu)或(huo)涂層(ceng)。

2.特(te)點:

a.不(bu)需(xu)有機溶劑,沒有廢(fei)液排放,殘渣少,不(bu)會造成環境污染;

b.有效(xiao)清除(chu)其(qi)他方法(fa)難以(yi)去(qu)除(chu)干凈的吸附(fu)在物(wu)體表(biao)面的亞微米(mi)粒子;

c.柔性高、可控性好、易于選區(qu)定位(wei)精密清洗;

d.易于遠距離(li)遙控清洗難以到達或危險的地方。

3.方法:

a.激光干洗法,即采用脈沖激光直接輻射去污;

b.激光+液膜(mo)的方法,即首先沉積一層液膜(mo)于(yu)基(ji)體表面,然后(hou)用(yong)激光使液膜(mo)發(fa)生爆炸去污;

c.激光(guang)+惰(duo)性氣(qi)體(ti)的方法,即激光(guang)輻射的同(tong)時,用惰(duo)性氣(qi)體(ti)吹向工件表(biao)面(mian)(mian),當污物從(cong)表(biao)面(mian)(mian)剝離(li)后,就被氣(qi)體(ti)遠遠吹離(li)表(biao)面(mian)(mian),避免清(qing)潔表(biao)面(mian)(mian)再次污染和(he)氧化;

d.用激(ji)光使污物松散(san)后,再用非(fei)腐蝕性的化學(xue)方法去污。

激光相變硬化:

1.定義:

以高能量的激光束快速掃描工件(jian),使工件(jian)表層(ceng)迅速加熱(re)到奧氏體(ti)(ti)化溫度,隨后(hou)通過熱(re)量往基體(ti)(ti)深(shen)部的傳導(dao),被加熱(re)的表層(ceng)以很快的速度冷卻,得到馬氏體(ti)(ti)組織。

2.目的:

在工件表(biao)面(mian)有選擇(ze)性(xing)的(de)局部產(chan)生硬化帶以減低磨損,以及通過在表(biao)面(mian)產(chan)生壓(ya)應(ying)力來提高疲勞強度。

3.優點:

a.淬硬層(ceng)組織(zhi)細化,硬度比常規淬火提(ti)高15~20%,鑄鐵經淬火后(hou)耐磨性提(ti)高3~4倍(bei);

b.加熱速度快,工(gong)藝周期短,生產(chan)效率高,成本低(di),工(gong)藝過程易于控(kong)制,自(zi)動化程度高;

c.對于孔狀及腔(qiang)筒內壁等特殊部位,只要激光(guang)束能照射到的(de)均可進行處理(li);

d.可進(jin)行大(da)型零件的(de)局部表(biao)面的(de)硬(ying)化(hua)及(ji)形狀(zhuang)復(fu)雜零件的(de)硬(ying)化(hua)處(chu)理;

e.淬硬層深度(du)可精確控制(zhi)。

激光合金化:

1.定(ding)義:

在(zai)高能束激光(guang)作用下,將(jiang)一種或多種合金元素與基材(cai)表面快速溶(rong)凝,從而使廉(lian)價材(cai)料(liao)表面具(ju)有預定的高合金特(te)性的技(ji)術。

2.特點(dian):

a.低級金屬零件的局部表面經處理后(hou)能(neng)獲得高級合金的性能(neng);

b.層(ceng)深層(ceng)寬可以(yi)得(de)到精(jing)密控制,施加合(he)金用(yong)量少,效率高;

c.由于(yu)激光加熱層溫(wen)度(du)梯度(du)大,故結(jie)合層窄,結(jie)合質量好,對(dui)基體金屬性(xing)能的壞影響(xiang)小(xiao);

d.高熔點合(he)金能容易涂覆在低熔點合(he)金表面;

e.施加合(he)金的方法(fa)(fa)有:粉(fen)末(mo)法(fa)(fa)、等(deng)離子涂層(ceng)法(fa)(fa)、鍍層(ceng)法(fa)(fa)、真空濺射法(fa)(fa)、爆炸結合(he)法(fa)(fa)等(deng);

f.表面(mian)預先準(zhun)備手續(xu)較多,如開(kai)槽(cao)、不平處加工等;

g.在一些硬(ying)度高(gao)、孔隙率低(di)、結(jie)合好的涂層上(shang)已出現裂紋,需預熱解決(jue)膨脹差異。

激光(guang)涂(tu)敷:

1.定義:

采用激光加熱,使(shi)基(ji)材材料,僅表(biao)面一極薄層熔(rong)(rong)化(hua),同時加入(ru)另外的合金成(cheng)分并(bing)一起(qi)熔(rong)(rong)化(hua)后迅速凝固形成(cheng)新的合金層。

2.材料:

基體(ti)材料為碳鋼(gang)、鑄鐵、不銹鋼(gang)和(he)鋁等;

涂(tu)層(ceng)材(cai)料(liao)是Co、Ni和Fe基合金(jin)、碳化(hua)物、氧化(hua)鋁、陶瓷等(deng)。

3.特點:

涂敷材料受到(dao)基體材料極(ji)小的稀(xi)釋,基本保持其原有成分及性質不變,從而提供良(liang)好的耐磨損、抗腐蝕能力。

激光(guang)溶(rong)凝處理:

1.定(ding)義:

指用較高功率密度(10^4到10^6W/cm2)的激光(guang)束(shu),在金屬表(biao)面掃(sao)描(miao),使表(biao)層金屬熔化(hua),隨后快速(su)冷(leng)卻。

2.目的:

得到細微(wei)的接近均勻的表(biao)層組織,具有(you)極好(hao)的抗腐蝕性能。

3.使用情況(kuang):

主要用于鑄鐵、工具鋼和某(mou)些能形成非晶體(ti)態的共晶等材料的處理

4.注意事項:

a.宜采用(yong)均(jun)強光(guang)斑(ban),也可采用(yong)聚焦光(guang)斑(ban)或(huo)離散光(guang)斑(ban)。

b.溶(rong)凝處(chu)理一般不加(jia)增強激光吸收層(ceng)。

激光沖擊強化(hua):

1.定義:

用很(hen)高的功率密度(du)(du)(du)的激光,在(zai)極短的時間內使金(jin)屬表面溫度(du)(du)(du)迅速上升,達到汽(qi)化的程度(du)(du)(du),表面材(cai)(cai)料如此突然地被汽(qi)化,基體(ti)金(jin)屬就(jiu)收到高壓應力沖擊(ji)波(bo),從而使材(cai)(cai)料表層得以強化。

2.作用機(ji)理:

在材料表面產(chan)生高強(qiang)度(du)沖擊波,幅度(du)大于(yu)為(wei)10000Pa,足以(yi)使金屬產(chan)生強(qiang)烈的塑性(xing)變形(xing),使激光沖擊區在顯微組織呈現位(wei)錯(cuo)的纏(chan)結網(wang)絡。

3.適(shi)用(yong)材料:

改(gai)善鋼、鈦合(he)金、鋁等。

4.目的:

a.提(ti)高材料表(biao)面強(qiang)度、屈(qu)服(fu)強(qiang)度以及疲勞壽命(ming);

b.強(qiang)化(hua)精(jing)加(jia)工后(hou)部件(jian)的(de)非(fei)平坦表面,提高(gao)裂(lie)紋擴展抗力強(qiang)度;

c.通(tong)過強化焊縫,減少焊接鋁管的壁厚。

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