激光熔凝原理

激光熔凝也稱激光熔化淬火。激光熔凝是用激光束將獲得工件表面加熱熔化到一定深度，然后自冷使熔層凝固，獲得較為細(xì)化均質(zhì)的組織和所需性能的表面改性技術(shù)。

激光熔凝原理與激光非晶化基本上相一致。但激光熔凝處理時激光的能量密度和掃描速·度均遠(yuǎn)小于激光非晶化。

激光熔凝與激光合金化不同，它在表面熔化時一般不添加任何合金元素，熔凝層與材料基體是天然的冶金結(jié)合；在激光熔凝過程中，可以排除雜質(zhì)和氣體，同時急冷重結(jié)晶獲得的組織有較高的硬度、耐磨性和抗蝕性；其表面熔層深度遠(yuǎn)大于激光非晶化。

激光熔凝是將金屬材料表面在激光束照射下成為溶化狀態(tài)，同時迅速凝固，產(chǎn)生新的表面層。根據(jù)材料表面組織變化情況，可分為合金化、重溶細(xì)化、上釉和表面復(fù)合化等。我公司的軋輥激光熔凝產(chǎn)品是用適當(dāng)?shù)膮?shù)的激光輻照材料表面，使其表面快速熔融、快速冷凝，獲得較為細(xì)化均質(zhì)的表面改性技術(shù)。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

表面熔化時一般可添加超硬耐磨金屬元素或化學(xué)元素，熔凝層與材料基體形成冶金結(jié)合。

在激光熔凝過程中，可以排除雜質(zhì)和氣體， 同時急冷重結(jié)晶獲得的雜質(zhì)有較高的硬度、耐磨性和抗腐蝕性。

其熔層薄、熱作用區(qū)小，對表面粗糙度和工件尺寸影響不大，有時可不再進(jìn)行后續(xù)磨光而直接使用。

提高溶質(zhì)原子在基體中固溶度極限，晶粒及第二相質(zhì)點(diǎn)超細(xì)化，形成亞穩(wěn)相可獲得無擴(kuò)散的單一晶體結(jié)構(gòu)甚至非晶態(tài)，從而使生成的新型合金獲得傳統(tǒng)方法得不到的優(yōu)良性能。

激光（相變）淬火和激光熔凝淬火

激光（相變）淬火技術(shù)是利用聚焦后的激光束入射到鋼鐵材料表面，使其溫度迅速升高到相變點(diǎn)以上，當(dāng)激光移開后，由于仍處于低溫的內(nèi)層材料的快速導(dǎo)熱作用，使受熱表層快速冷卻到馬氏體相變點(diǎn)以下，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工件的表面相變硬化。激光淬火原理與感應(yīng)淬火、火焰淬火技術(shù)相同。但是其技術(shù)特點(diǎn)是，所使用的能量密度更高，加熱速度更快，不需要淬火介質(zhì)，工件變形小，加熱層深度和加熱軌跡易于控制，易于實(shí)現(xiàn)自動化，因此可以在很多工業(yè)領(lǐng)域中逐步取代感應(yīng)淬火和化學(xué)熱處理等傳統(tǒng)工藝。激光淬火可以使工件表層0.1～2.0mm范圍內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生明顯變化。

激光熔凝淬火則是采用激光熔融金屬表面，激光束移開后，熔融的金屬直接從液態(tài)淬硬為固態(tài)，形成表面硬化層的工藝。由于激光熔凝淬火允許金屬表面熔化，實(shí)際操作時可以使用比激光淬火更加高的功率密度和更加慢的掃描速度，因此激光熔凝淬硬層深度比前者更深。

在激光輸出功率為3.5kw時，大型軋輥表面激光熔凝淬火的淬硬層深度可以達(dá)到 2毫米以上。激光熔凝淬火的不足之處在于，激光加工后的表面粗糙度有所降低，其降低的幅度取決于激光加工的工藝參數(shù)，而激光表面淬火可以基本保持工件表面粗糙度不變。

激光淬火與熔凝處理的共同特點(diǎn)是，不需要改變材料的成分，主要利用軋輥材料自身的特性，發(fā)生馬氏體相變來強(qiáng)化軋輥表面。進(jìn)行激光淬火與熔凝淬火前，需要預(yù)先涂覆一層吸光涂料來增強(qiáng)軋輥表面對激光的吸收率。對于激光熔凝處理來說，所使用的涂料還應(yīng)該起到使激光熔池流平與造渣的作用。因此，涂料的配方對于激光工藝的順利實(shí)施以及硬面層組織與性能的影響至關(guān)重要。華工激光經(jīng)過多年的探索，研究開發(fā)出激光淬火與熔凝淬火的系列吸光涂料，使各類材質(zhì)激光淬火時淬硬層分布均勻。特別是激光熔凝淬火涂料中，添加有吸光及熔池流平的物質(zhì)，熔凝淬火后淬硬層光滑、平整，只要少量加工，就可以獲得平整的表面。因此，特別適合各種軋輥的激光表面強(qiáng)化處理。