激光热处理在未来的表面处理技术领域中，具有广阔的发展前景

 

        七十年代初期，由于工业用大功率激光器的出现，开始了激光热处理的实验研究。近几年来，由于这方面的基础研究深入开展，激光金属表面热处理在工业生产中的应用获得初步成功，这标志着激光应用进入第二代。与此同时，在激光和金属热处理这两门学科之间，生长起一门新的边缘学科—激光热处理学。

 

        热处理是材料工业，特别是金属材料工业中常用的一种加工工艺。通过热处理可以改善金属产品的性能，提高其使用效能或延长其使用寿命，有时还可以使较廉价的金属材料代替较贵重的材料。例如，曲轴、活塞之类的机械零件的表面耐磨性要求很高，但其内部却无此要求，为节约高级合金材料，通常用廉价的铸铁做成零件，再通过热处理工艺在其表面形成一合金层，使之达到所要求的性能。

 

        进行热处理时，将金属材料、零件等放进加热炉内加热到适宜的温度，然后再用不同的方法加以冷却，使其内部组织改变，以获得所要求的性能。激光热处理用大功率激光器作热源，照射在金属零件的表面上。它可以把金属表面非常迅速地加热到8000以上。当激光束离开金属表面后，利用金属本身的优良导热性能，可以非常迅速地（几秒到几十秒内）冷却被加热的表面，从而大大改善金属表面的机械性能。

 

        2.优点独特的激光热处理

 

        在金属热处理领域中，异军突起的激光热处理所以引人注目，是因为它与传统的热处理方法相比较有不少独特的优点。经一般热处理后的金属零件，因各种应力作用产生形变，而激光热处理可使这种形变减至最小程度甚至没有。。被处理的金属表面十分清洁，不需要通常热处理后的喷砂、酸洗等清洁处理。经激光热处理的零件，一般可以直接送至总装生产线上装配，不需要通常热处理后的磨削、珩磨、校直等材料加工工序。

 

        需要进行热处理的金属零件，有时具有复杂的形状，有时要对某些特殊要求的部位进行处理。例如，深孔的侧壁，盲孔（一头开口另一头在材料内部的孔）的底部，以及某些形状复杂、凹凸变化大的零件，通常的热处理方法对它们束手无策，而激光热处理则可使它们获得均匀的硬化层，还可以大大节省火焰表面淬火或高频感应淬火这类方法使用时所需的许多辅助设备。此外，激光热处理还可以在同一零件的不同部位上，根据需要进行不同的处理，使它们的化学成分合金化，从而节约了能量合金用量。

 

        激光热处理装置的通用性强，一台装置可以适用于各种形状、尺寸的零件，而不需要使用高频感应加热法时的各种感应线圈，或使用火焰加热法时的不同规格喷嘴。激光热处理操作简单，便于实现自动化生产而且它生产的重复性好，质量稳定、可靠，可以列入流水线生产。由于激光热处理不需要任何冷却介质，也不发生氧化现象，所以没有一般热处理车间常见的烟雾、油气、氧化皮、石英砂等污染物，可以消除公害，改善劳动条件。

 

        3.各有千秋的激光热处理

 

        迄今为止，激光热处理有三种类型，其原理与目的也各不相同。激光相变硬化用激光加热金属表面，使其温度在这种金属的融化温度和发生相变的转变温度之间。由于金属材料本身的快速散热，使表面层由一种固相转变为另一种硬化相，因此获得表面硬化层。激光相变硬化的加热时间很短，加热区域也很小，冷却速度又很快，所以用激光热处理得到的表面硬度，比普通热处理的硬度高。

 

        激光合金化通常的渗碳、渗铬、氮化等合金化方法，是通过碳、铬、氮等元素的扩散、气相沉积、离子堆积，来达到改变金属表面的化学成分，使之形成一合金硬化层的目的。这些方法需要将整个零件放入炉中，进行长时间的加热，其生产周期长，产生的形变大，消耗的合金元素多。激光合金化是在熔化的铸铁或钢的表面上，快速熔解各种合金元素，使其表面合金化。由于是在液态的熔融金属中进行这种反应的，其效率当然比固态物质的扩散或沉积效率高多了。

 

        激光覆盖在成本低廉的金属上，覆盖一层具有特殊性能的材料的方法很多，例如，喷涂、电镀、离子镀层等等。但这些方法操作复杂，覆盖层的材料消耗大。激光覆盖法恰好能弥补这两个缺点。它的原理与金属的焊接有些相似，将粉末状的覆盖材料撒在金属表面，然后用大功率激光加热，使覆盖材料全部熔化。与此同时，金属表面也有微量的熔融，加热用的激光束离开金属后，其表面迅速凝固，这样便形成与基体金属粘得很牢的覆盖层。

 

        4.发展迅速的激光热处理

 

        七十年代初，美国、日本、英国、苏联等就开始了激光热处理的实验研究。近几年来，美、日等国又对激光束的精密调制、瞄准和聚焦，以及材料如何能高效率地吸收激光能量等方面进行了深入的基础研究。目前，美国AVCO公司已有供自动生产线上使用的激光热处理装置出售，并在生产中应用初步获得成功。

 

        激光热处理虽有不少优点，但它要求激光器的功率至少在百瓦级以上，一般是千瓦级乃至万瓦级。限于目前的设备条件和技术水平，激光热处理形成的硬化层比较薄，不能用在重载荷零件上。此外，大功率激光器价格昂贵、体积庞大，作为生产工具来全面推广还受到一定限制。因此，目前激光热处理还不能全部代替现行的普通表面热处理技术，还有许多技术困难有待克服，还有不少理论课题有待深入研究。但激光热处理在未来的表面处理技术领域中，具有广阔的发展前景，这一点是毋容置疑的。