材料表面的激光合金化

- 111 -

张立杰

（四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000）

【摘 要】激光表面合金化是材料表面改性处理的重要方法之一，具有广阔的应用前景。文章综述了激光表面合金化工艺制定的原则、方法及合金化涂层的性能，同时探讨了激光合金化当前研究存在的不足和今后努力的方向。

【关键词】激光表面合金化；原则；方法；性能 【中图分类号】TGl74.4 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)11-0111-02

激光表面合金化是通过熔化基体表面预先涂敷的膜层和部分基体，或者在表面熔化的同时注入某些粉末，膜层或表面在熔池中液态混合后发生快速凝固，从而在表面形成一层具有期望性能的合金薄层[1]

。这种方法既改变了材料表面的化学成分，又改变了结构和物理状态，可使廉价基材获得良好的表面性能，从而取代昂贵的整体合金，节约贵重金属材料和战略材料，使廉价合金获得更广泛的应用，大幅度降低成本。因此，激光表面合金化具有很好的发展前景。 （一）激光表面合金化工艺制定的一般原则及方法 1.激光表面合金化工艺制定的一般原则 为达到激光表面合金化预期的目的和实际生产的需要，在研究中普遍遵循如下原则[2]

： （1）必须考虑到合金化元素或化合物与基体金属熔体间相互作用的特性； （2）必须考虑在合金化区形成的物相对合金化强化效果的影响； （3）必须考虑表面合金层与基体间呈冶金结合的牢固性，以及合金层的脆性、抗压、耐弯曲等性能。 2.激光合金化工艺方法 制定激光合金化工艺包括合金化成份的选配、合金粉末添加方式的制定及合金化层质量拄制三个主要方面。

（1）基体与合金化组元的选择

为满足激光合金化工艺制定原则的要求，基体材料的选

择多数是铁基合金和有色金属，此外，半导体与金属薄膜的

合金化也是一个重要的应用领域。铁基材料中包括普通碳钢、

合金钢、高速钢、不锈钢及各类铸铁，有色金属材料主要包

括A1、Ti、Cu、Ni及其合金等。在合金化组元的选择上，既

有Cr、Ni、W、Ti、Co、Mo等金属元素，也有C、N、B、Si等

非金属元素，以及碳化物、氧化物、氮化物等难熔质点。

（2）合金化中粉末添加方式的制定 为实现合金化，向激光熔池中添加金属粉末或强化第二相粒子的方法主要有两种：“预先沉积法”和“同时沉积法”。

预先沉积法即在激光处理前将合金化材料预置于基材表

面的方法，是当前合金化工艺中较普遍采用的方法。此法要求沉积膜具有洁净的衬底-薄膜界面和光洁的表面，较薄的预置膜通常可采用气相沉积、真空溅射、离子注入等方法制得，较厚的预置膜，可采用电镀、喷涂、轧制、扩散、预涂合金粉末或膜片等方法制得。

同时沉积法是在激光熔化基材表面的同时向熔池中喷入合金粉末或注入金属丝，以实现表面的合金化。由于自动送

粉具有易于实现自动化，可得到良好的表面合金层质量及提

高粉末利用率的优点，近几年来国内外一些专家正在热心研制各种类型的自动送粉装置，以不断完善同时沉积法。

（3）合金化层质量的控制 激光表面合金化层质量的控制主要包括合金化层中合金

元索含量(合金化程度)的控制以及合金化层裂纹和表面不平整度的控制等。

试验表明，为达到激光合金化，在相应的光束作用时间

内，激光功率密度应在104W/㎝2～107W/㎝2

，通常，减小作用

时间和功率密度，可导致合金化区域中合金化元素含量的相对减少。此外，粉末预涂层厚度也是一个重要因素，一般说来，随着粉末涂敷层厚度的增加，合金化区域中合金元素的浓度增大，但预涂层过薄或过厚，都达不到合金化的目的。 由于表面合金化层与基体材料间存在热膨胀系数、弹性模量、导热系数等物理性能的较大差异，在激光与金属表层发生相互作用时，有可能导致裂纹的形核和长大，最终产生表层开裂(宏观裂纹)或微观裂纹。基体与涂层对激光能量的吸收系数αE 值之差越大，热应力值越大，越易产生裂纹；另【收稿日期】2009-07-24

【作者简介】张立杰（1981－），女，四川建筑职业技术学院助教，硕士，从事金属表面改性的研究。

一方面，如果合金化表层的导热系数λ与基体材料的λ差别较大时，在合金化层中的过渡区将出现温度梯度的突变，就为裂纹的形成提供了条件。从预防开裂和裂纹形核的角度出发，激光合金化技术的应用实际上受到了合金材料物理性能的限制，并非所有材料都可采用激光合金化方法强化。

在合金化过程中，当熔池迅速凝固后会留下不平整的表面，因多组元的合金化实际情况较复杂，难以作准确的控制，因此人们针对表面不平整度的控制作了大量的研究。研究认为，调整工艺参数可以得到理想的合金化涂层。例如，采用大功率光束进行照射且采用的光束扫描速度V超过V c（产生波纹表面的临界激光扫描速度）时，就可避免波纹状表面的产生。

（二）激光表面合金化涂层性能

1.耐磨性

目前，激光表面合金化提高基体材料的耐磨性多是添加硬质合金化粉末(如SiC、WC、TiC等)，或者激光表面合金化过程中原位生成如碳化物、氮化物、硼化物或金属间化合物来增强合金化涂层的耐磨性[3]。

预涂硬质合金粉末提高合金化涂层硬度和耐磨性的工艺目前应用较广泛。蒋平[4]利用预涂SiC粉的方法对Ti-6Al-4V 合金进行激光合金化实验，制得以TiC和金属间化合物Ti5Si3为增强相的复合材料表面改性层，合金化涂层硬度及在二体磨料磨损和滑动磨损条件下的耐磨性均大幅度提高。

原位生成硬质合金相或者是金属间化合物也是提高合金化涂层硬度的一种好方法，H.C.Man[4]预涂NiTi粉末对AA6061合金进行激光表面合金化，优化工艺条件得到了无裂纹和气孔的合金化涂层，其主要组成相为TiAl3和Ni3Al。合金化涂层硬度大于350 HV，明显高于基体硬度(小于100 HV)，合金化涂层耐磨性是基体的5.5倍。

激光合金化过程中通过相变形成高硬度相也可以提高合金化涂层的硬度和耐磨性，A.Hussain首次采用850W CW C02。激光器对AISI 1010低碳钢电镀10μm镍进行激光表面合金化，合金化涂层微观组织均匀且无裂纹，合金化涂层含镍5%时，硬度为基体的3倍，原因是由于快速冷却，合金化涂层中出现马氏体组织。

2.耐蚀性

通过激光表面合金化提高基体材料的耐蚀性，是激光合金化在实际中的一个重要的应用分支。例如，在Ti基体表面上先沉积15nm的Pb膜，再进行激光处理，形成几百纳米深的Pb的摩尔分数为4％的表面合金层，具有较高的耐蚀性能。Muthukanann Duraiselvam等对Ti-6Al-4V添加Ni/Ti-TiC开展激光表面合金化研究，所得到的合金化涂层致密，几乎无裂纹。腐蚀实验显示，合金化涂层耐蚀性相对基体增加1.2～1.8倍，耐蚀性的增加主要是由于合金化涂层中金属间化合物所贡献的。

3.耐磨耐蚀性

试验研究表明，采用合适的工艺对基体材料进行激光合金化表面处理，合金化涂层的耐磨耐蚀性能够同时得到改善。田永生对Ti-6Al-4V分别添加碳、氮、硼进行激光合金化的硬度为1100～1300 HV，明显高于Ti-6Al-4V (约405HV)，磨损试验表明，合金化涂层的耐磨性是基体的3～4倍。当采用碳、氮、硼或TiC、TiN等粉末进行复合合金化后，分别进行激光合金化后合金层的硬度为可达1600～1700 HV，耐磨性能高于基体5倍以上，合金层的磨损表面比较平整，形成的沟槽较浅，未发生粘着磨损。而基体的磨损表面粗糙，存在较深的沟槽，并呈现粘着磨损，经稀土化处理后，其耐蚀性得到进一步提高。

（三）展望

激光合金化作为目前最具发展潜力和竞争力的先进表面改进技术之一，已初步显示出了其优越性，并日益受到重视。但其真正应用于大规模工业生产尚有许多问题有待解决，其一是经济上的竞争力，即价格与成本；其二是技术本身尚未完善，即技术上的可行性。近几年来，许多国家和地区加大了对激光表面合金化研究的力度，该技术具有十分广阔的应用前景。

【参考文献】

[1] 王赛玉,熊惟皓.激光技术在材料科学中的应用[J].金属热处

理,2005,30(7):32-36.

[2] 郭丽环.材料表面的激光合金化[J].大连大学学报,2003,

24(2):16-18.

[3] 李贵江,许长庆,孟丹,等.材料表面激光合金化研究进展[J].

铸造技术,2008,29(8):1136-1139.

[4] 蒋平,张继娟,于利根,等.Ti-6Al-4V合金SiC粉激光合金化表面

合金化组织与耐磨性[J].应用激光,1999,19(5):229-231.

[5] H C Man,S Zhang,F T Cheng. Improving the wear resistance

of AA 6060 by laser surface alloying with NiTi[J].Materials Letters,2007,61:4058-4061.

（上接第180页）心理健康问题能得到及时解决并使他们能保持健康的发展。其中，要制订符合我国情况的指标体系，对中职生心理健康有恰如其份的估计，以便采取有效措施提高中职生的心理健康水平。

2.在中职校开展心理咨询。开展心理咨询的目的是帮助学生解决在学习、生活、身体等方面出现的心理问题，使之更好的适应环境，保持心理健康。心理咨询活动目前在社会上已有开展，有些中职校也已开展对学生的心理健康咨询活动，但是尚不普及，这就使得许多学生有问题只能闷在心里，长此下去，就极容易造成学生心理障碍。我校就多次在学生中举办心理健康讲座，受到了学生的一致好评，效果很好。

3.加强和丰富体育课及各种课外文娱活动。通过加强对学生体育活动的锻炼，对学生的身心发展能起到积极作用，为健康的心理提供稳固的物质基础。体育运动能促进身体形态的发育，改善人体机能，提高运动能力，并对提高学生的认识水平，培养良好的情绪和意志品质，形成优良的性格特征起到积极作用。由于体育促进学生身心发展的作用是通过学生自己的身体运动而实现的，所以，在学校体育教学过程中，应充分加强体育课和学生的群体活动，并配以教师的指导和启发，使他们通过体育锻炼，为自己的心理打下良好的物质基础。

【参考文献】

[1] 季浏.体育心理学[M].1994.

[2] 颜军.体育心理论稿[J].2001.

[3] 黄晓灵,白智宏.体育教学心理学[M].2006.11.

[4] 郑和钥,邓文华.高中生心理学[M].浙江教育出版社, 1993.

[5] 李春汇.中学体育教学中的合作教育[J].体育学刊, 2005,12.

- 112 -

金属材料学基础试题及答案

金属材料的基本知识综合测试 一、判断题（正确的填√，错误的填×） 1、导热性好的金属散热也好，可用来制造散热器等零件。（） 2、一般，金属材料导热性比非金属材料差。（） 3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。（） 4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。（） 5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。（） 6、δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。（） 7、维氏硬度测试手续较繁，不宜用于成批生产的常规检验。（） 8、布氏硬度不能测试很硬的工件。（） 9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同，两种硬度没有换算关系。（） 10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。 11、在F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关，直径愈小，硬度值愈大。（） 12、材料硬度越高，耐磨性越好，抵抗局部变形的能力也越强。（） 13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 14、20钢比T12钢的含碳量高。（） 15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性，焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。（） 16、金属材料愈硬愈好切削加工。（） 17、含碳量大于%的钢为高碳钢，合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。（） 18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。（） 19、一般来说低碳钢的锻压性最好，中碳钢次之，高碳钢最差。（） 20、布氏硬度的代号为HV，而洛氏硬度的代号为HR。（） 21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 22、某工人加工时，测量金属工件合格，交检验员后发现尺寸变动，其原因可能是金属材料有弹性变形。（） 二、选择题 1、下列性能不属于金属材料物理性能的是（）。 A、熔点 B、热膨胀性 C、耐腐蚀性 D、磁性 2、下列材料导电性最好的是（）。 A、铜 B、铝 C、铁烙合金 D、银 3、下列材料导热性最好的是（）。 A、银 B、塑料 C、铜 D、铝 4、铸造性能最好的是（）。

激光技术的发展及应用论文

激光技术的发展及应用 引言 随着激光技术的飞速发展和广泛应用激光已成为工业生产，科学探测和现代军事战争中极为重要的工具。总结了激光技术在工业生产，军事，国防，医疗等行业中的应用，提出激光技术应用领域的发展趋势。 “激光”一词是“LASER”的意译。LASER原是Light amplificati on by stimulated emissi on of radiation取字头组合而成的专门名词，在我国曾被翻译成“莱塞”、“光激射器” 、“光受激辐射放大器”等。激光具有普通光源发出的光的所有光学特性，是上世纪 60 年代所诞生和发展起来的新技术。1964年，钱学森院士提议取名为“激光”，既反映了“受激辐射”的科学内涵，又表明它是一种很强烈的新光源，贴切、传神而又简洁，得到我国科学界的一致认同并沿用至今。 激光不是普通的光，其特性是任何光都无法比拟的。激光能量密度高，其亮度比太阳表面还高数百亿倍；[1]激光方向性强，其发散度仅为毫弧度量级，所以用途非常广泛。由于激光的优异特性，使激光在工业生产，科技探测，军事等方面得到了广泛应用，激光渗透到社会的各个行业，而且发展潜力还非常大，激光也成为了当代科学发展最快的科学领域之一。 一、激光发展史 激光技术的启蒙研究发展就完全印证了上面的话。最早对激光做出理论研究的人是爱因斯坦，1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念，即处于高能级的原子受外来光子作用，当外来光子的频率与其跃迁频率恰好一致时，原子就会从高能级跃迁到低能级，并发射与外来光子完全相同的另一光子，新发出的光子不仅在

频率方面与外来光子相一致，而且在发射方向、偏振态以及位相等方面均与外来光子相一致，因此，受激辐射具有相干性；在发生受激辐射时，一个光子变成了两个光子，利用这个特点，可实现光放大，并且能够得到自然条件下得不到的相干光． 受激辐射提出后，陆续有科学家进行研究。如1916-1930年间拉登堡及其合作者对氖的色散的研究并于1933年绘制出色散系数随放电带电流密度变化的曲线。1940年法布里坎特首先注意到了负吸收现象。这一阶段发展并不迅速。到了第二次世界大战之后，1947年兰姆和雷瑟夫指出通过粒子数反转可以受激辐射，从此激光理论的研究开始突破。1952年帕塞尔及其合作者实现了粒子数反转，观察到了负吸收现象。第二年，韦伯产生了利用受激辐射诱发原子或分子，从而放大电磁波的思想，进而提出了微波辐射器的原理。1957年斯科威尔实现了固体顺磁微波激射器。既然微波可以激发受激辐射，那么红外乃至可见光等也应该可以。1958年汤斯和肖洛发表了著名的“红外与光学激射器”一文，1959年汤斯提出了建造红宝石激光器的建议。终于1960年由休斯航空公司的莱曼建造出第一部可用的激光装置。（我国第一台红宝石激光器于15个月后的1961年8月建成。）从此人类拥有了激光这一利器。 由于生产技术不成熟，激光技术产生之初并未有太多实际用途。后虽有切割，光束武器等应用，但又受制于制造成本高昂和气候条件复杂等。几十年来各方面工程师和专家一直努力改进创新激光技术及应用，随着激光技术的发展成熟，今天，它已经广泛地应用于生产生活的各方面。 二、激光的特点及激光器 激光的特点主要有四点，一是方向性好，激光束偏离轴线的发散角往往非常小，甚至可以用来测量地球到月球的精确距离（发射到38万公里外的月球形成的光斑直径不超过一公里）；二是亮度高，激光功率在空间高度集中，亮度是普通太阳光的百万倍；三是单色性好，比如氪激光的波长范围只有4.7微埃，比原来个公认单色性最好的氪灯高出数个数量级；四是相干性好，激光器输出的光子频率、偏振、相位和传播方向都完全一致，这使得很多光学实验的精度大大提高。

铝合金的激光熔覆修复

铝合金的激光熔覆修复 郭永利梁工英’李路 (西安交通大学理学院，陕西西安710049) 摘要：通过对航空航天用超高强7050铝合金进行激光熔覆修复的实验研究，探讨了激光熔覆修复铝合金的可行性。实验采用5 kW COz连续激光器作为加热源，在惰性气体保护隔离箱中，对7050铝合金的板状试样进行了激光单道熔覆、多道搭接熔覆、多层堆积熔覆的实验研究。得到优化的激光熔覆工艺参数，制备了激光熔覆修复试样，并观察了不同激光熔覆区的微观组织以及拉伸断口形貌。实验结果表明，优化激光熔覆工艺参数是：激光功率密度为1．84×104～2．12×104 W／ cm2，扫描速度为5 mm／s，送粉量为1．8～2．4 g／min。搭接宽度为1．5 mm。采用优化工艺 参数熔覆，基底和熔覆区形成良好的冶金结合，熔覆后工件表面平整且基底没有变形。同时，采用干燥的氩气加强对激光熔池的保护可以有效消除铝合金激光熔覆中的缺陷。 关键词：激光技术；激光熔覆；修复；显微组织；铝合金 Laser Cladding Reparation of Aluminum Alloy Guo Yongli Liang Gongying Li Lu (School of Sciences，Xi’an Jiaotong University，Xi’an，Shaanxi 710049，China) Abstract :Experiment of repairing aluminum(A1)alloy 7050(AI 7050)by laser-cladding techniques was investigated．A5 kW C02 laser was used as the heat source．Experiemnts of single trace cladding，multi —trace overlapping cladding，and multi—layer cladding were performed on the Al 7050 plates shielded in a closed box with inertgas．A set of optimized laser-eladding repairation parameters for damaging Al 7050 samples were found，and the microstructures in differentcladding regions and micro-appearances of fracture surface were studied．The optimized laser-cladding repairation parameters were laser power of 1．84X104～2．12×104 W／cm2。scanning speed of 5 mm／s，powder feeding rate of 1．8～2．4 g ／min，and overlapping width of 1．5mm．With the optimized repairing parameters，the cladding zone displayed a superior metallurgical bonding with its substrate，the repaired sample surface appeared smooth without any substrate distortion，and the defect formation in the cladding zone was effectively prevented by strengthening shielding of the molten pool with dry argon． Key words :laser technique; laser cladding; repairing; microstructure; A1 alloy 1引言 零件在使用过程中容易产生应力开裂、机械磨损等情形，在制造过程中也会因误加工引起缺陷，这些缺陷的存在将显著影响整个工程构件的使用性能，甚至导致报废，从而造成巨大的经济损失。面对这种情况，人们对修复技术做了大量的研究，如激光熔覆、焊接、钨极氩弧堆焊和热喷涂等。而激光熔覆修复技术以其质量高、操作方便、热影响区小等优点受到人们的普遍关注口~3]。 目前，人们对激光熔覆技术用作修复和表面改性等方面做了大量研究[4~1引，但是大都集中在钢铁材料、高温合金和钛合金领域。而铝合金在熔覆过程中易氧化、且易产生裂纹和气孔，本文研究了在惰性气体保护下，通过优化激光熔覆参数，避免了修复铝合金试样中容易出现的宏观和微观缺陷。因此，将激光熔覆修复技术应用到铝合金领域，具有广阔的发展前景。 2实验材料、装置及方法 实验选取超高强7050铝合金板材为基底材料，试样尺寸为40 mm×50 mm×10 mm，成分如表1 所示。为提高铝合金表面对激光能量的吸收，在激光熔覆前，对试样表面进行喷砂处理。熔覆材料为球形粉末，颗粒直径为50～100肛m，成分为98％A1，2％Cu(质量分数)。 表1铝合金7050的化学成分(质量分数) Table 1 Chemicalcompositionof 7050 A l-alloy (mass fraction)(％) Zn Mg Cu Zr Si Fe AI 6．2 2．25 2．3 0．1≤O．12≤O．15 Bal． 实验用的激光器为ROFIN-SINA R850型5kw横流式连续CO2激光器，该激光器稳定的输出功率

20081182104-激光合金化技术的应用

激光表面合金化 在切割、焊接、表面热处理等各种材料加工过程中，像激光这类定向能源的因公比过去使用能源要广泛得多。激光表面处理的目的是改变表面层的成分和纤维结构，从而提高表面性能，以适应基体材料的需要。用激光获取表面合金化曾是一种新颖的方法。控制激光参数可以获得所需的并具有独特显微结构的表面合金，为了改变表面成分的激光改性技术可分激光表面合金化和激光熔敷两类。 激光表面合金化就是利用激光照射使基体表层熔化并把供给表面（预敷或喷射）的合金元素的物质熔化，混合均匀，以便在基体表面形成一个理想的合金层，从而改善表面性质的工艺．这一工艺具有巨大应用前景．人们已对不同的基体和合金元素的组合做了大量研究．激光表面合金化的主要目的是提高材料的物理性能、化学性能及耐磨性．阻碍激光表面合金化广泛应用的障碍，除设备投资大、成本高外，就是在材料处理过程中表面易产生气孔、裂纹以及表面平整度的下降．针对后者，研究者根据具体情况加强研究，已经摸索出一些可行的办法．实验证明，激光表面合金化是提高低碳钢耐腐蚀性能的一种可行的办法。 向激光熔池内添加合金元素的方法有预沉积和共沉积法。预沉积法包括在基体表面上电镀、热喷涂、真空蒸镀、渗氮、渗硼、渗碳、粘涂疏松的粉末以及安放薄的金属片或丝材等，所有这些都是在激光熔化前完成的。共沉积法是在基体上激光熔化的同时，往熔池内喷注合金粉末、或送入合金线材或棒料。 近些年来，铝及铝合金激光表面合金化研究比较活跃，而对于碳钢的激光表面合金化的研究并不很多。然而，实验发现，加人铜合金时，抗腐蚀性能有较大改善。 ○1激光表面合金化的优点 合金化时，试样表层和涂层都溶化，被熔的基体材料45钢与表面涂敷合金元素均匀扩散或化合，形成成分与原基体材料不同的新合金层。通常采用的渗碳、渗氮、渗铬等合金化方法，需要将工件整体放入扩散炉中经长时间加热，通过碳、铬、氮等元素的扩散和气相沉积，来改变金属表面的化学成分，这种方

激光技术的发展与展望

激光技术的发展与展望 "激光"一词是"LASER"的意译。LASER原是Light amplification by stimulated emissi on of radiation取字头组合而成的专门名词，在我国曾被翻译成"莱塞"、"光激射器"、"光受激辐射放大器"等。1964年，钱学森院士提议取名为"激光"，既反映了"受激辐射"的科学内涵，又表明它是一种很强烈的新光源，贴切、传神而又简洁，得到我国科学界的一致认同并沿用至今。 从1961年中国第一台激光器宣布研制成功至今，在全国激光科研、教学、生产和使用单位共同努力下，我国形成了门类齐全、水平先进、应用广泛的激光科技领域，并在产业化上取得可喜进步，为我国科学技术、国民经济和国防建设作出了积极贡献，在国际上了也争得了一席之地。 一、我国早期激光技术的发展 1957年，王大珩等在长春建立了我国第一所光学专业研究所--中国科学院（长春）光学精密仪器机械研究所（简称"光机所"）。在老一辈专家带领下，一批青年科技工作者迅速成长，邓锡铭是其中的突出代表。早在1958年美国物理学家肖洛、汤斯关于激光原理的著名论文发表不久，他便积极倡导开展这项新技术研究，在短时间内凝聚了富有创新精神的中青年研究队伍，提出了大量提高光源亮度、单位色性、相干性的设想和实验方案。1960年世界第一台激光器问世。1961年夏，在王之江主持下，我国第一台红宝石激光器研制成功。此后短短几年内，激光技术迅速发展，产生了一批先进成果。各种类型的固体、气体、半导体和化学激光器相继研制成功。在基础研究和关键技术方面、一系列新概念、新方法和新技术（如腔的Q突变及转镜调Q、行波放大、铼系离子的利用、自由电子振荡辐射等）纷纷提出并获得实施，其中不少具有独创性。 同时，作为具有高亮度、高方向性、高质量等优异特性的新光源，激光很快应用于各技术领域，显示出强大的生命力和竞争力。通信方面，1964年9月用激光演示传送电视图像，1964年11月实现3～30公里的通话。工业方面，1965年5月激光打孔机成功地用于拉丝模打孔生产，获得显著经济效益。医学方面，1965年6月激光视网膜焊接器进行了动物和临床实验。国防方面，1965年12月研制成功激光漫反射测距机（精度为10米/10公里），1966年4月研制出遥控脉冲激光多普勒测速仪。 可以说，在起步阶段我国的激光技术发展迅速，无论是数量还是质量，都和当时国际水平接近，一项创新性技术能够如此迅速赶上世界先进行列，在我国近代科技发展史上并不多见。这些成绩的取得，尤其是能够把物理设想、技术方案顺利地转化成实际激光器件，主要得力于光机所多年来在技术光学、精密机械和电子技术方面积累的综合能力和坚实基础。一项新技术的开发，没有足够的技术支撑是很难形成气候的。 二、重点项目带动激光技术的发展 激光科技事业从一开始就得到了领导和科学管理部门的高度重视。当时中国科学院副院长张劲夫提出建立专业激光研究所的设想，很快得到国家科委、国家计委的批准。主管科技的聂荣臻副总理还特别批示：研究所要建在上海，上海有较好的工业基础，有利于发展这一新技术。1964年，我国第一所，也是当时世界上第一所激光技术的专业研究所--中国科学院上海光学精密机械研究所（简称"上海光机所"）成立。当年12月在上海召开全国激光会议，张劲夫、严济慈出席并主持会议，140位代表提交了103篇学术报告。 1964年启动的"6403"高能钕玻璃激光系统、1965年开始研究的高功率激光系统和核聚变研究，以及1966年制定的研制15种军用激光整机等重点项目，由于技术上的综合性和高难度，有力地牵引和带动了激光技术各方面在中国的发展。我国的激光科技事业，虽然也遭遇了"文革"十年浩劫，但借助于重点项目的支撑，

激光焊接技术应用及发展趋势

激光焊接技术应用及其发展趋势 摘要：本文论述了激光焊接工艺的特点、激光焊接在汽车工业、微电子工业、生物医学等领域的应用以及研究现状，激光焊接的智能化控制，论述激光焊接需进一步研究与探讨的问题。关键词：激光焊接；混合焊接；焊接装置；应用领域 引言 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的Y AG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 一、激光焊接的质量与特点 激光焊接原理：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。图1显示在不同的辐射功率密度下熔化过程的演变阶段[2]，激光焊接的机理有两种： 1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。 2、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。 这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。 1、激光焊接的焊缝形状 对于大功率深熔焊由于在焊缝熔池处的熔化金属，由于材料的瞬时汽化而形成深穿型的圆孔空腔，随着激光束与工件的相对运动使小孔周边金属不断熔化、流动、封闭、凝固而形成连续焊缝，其焊缝形状深而窄，即具有较大的熔深熔宽比，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：l，最高可达10：1。图2显示四种焊法在316不锈钢及DUCOLW30钢上的焊缝截面形

《激光熔覆修复模具质量标准》

《激光熔覆修复模具质量标准》 一适用范围 本标准适用于模具激光熔覆工艺熔覆合金粉末材料，修复制备具有耐磨、耐腐蚀、耐热等表面功能涂层质量检验标准，以改善制品的尺寸性能。 二引用标准 GB 6462 金属和氧化物覆盖层横断面厚度显微镜测量方法 GB8642 热喷涂层结合强度的测定 GB9790 金属覆盖层及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验GB 11374 热喷涂涂层厚度的无损测量方法 三检验项目及检验方法 3.1 外观 目检有效表面，应色调均一，熔覆表面层较平整，不允许有龟裂、疙瘩、结合力不牢以及异物的附着或其他对使用上有害的缺陷。 3.2 厚度 采用量具直接测量涂层的厚度，或用金相法测量涂层横断面的厚度，或用无损测厚仪测量。按GB6462或GB11374的规定执行。厚度应满足协议要求。 3.3 结合强度 涂层与基体的结合强度，按GB8642进行测试，应达到协议要求。 3.4硬度 耐磨用激光熔覆涂层的硬度，按GB 9790的规定测量，应符合协

议要求。 3.5 孔隙率 耐腐蚀涂层经激光熔覆后的涂层孔隙率，按铁试剂法进行检查，涂层表面应没有通向基体的气孔。 3.6 热震性 耐热涂层的抗热震性，按下述方法试验，涂层不允许有龟裂、剥离或翘起。 试验方法:用制品为试样，或采用同等材质，与制品同等条件制备试样。基体尺寸为长50mm、宽50mm,厚5~6mm。调好试验温度，然后，将试样和托架一起放入加热炉中加热，到温后保温10min取出。再一起放入常温的清水中激冷。观察试样表面涂层有无裂纹、剥离或翘起。加热炉用电阻炉，温度波动范围士5℃。托架最好用不锈钢作支架并用不锈钢丝网作支撑面。 3.7 其他性能 激光熔覆涂层的其他性能，如摩擦系数、辐射率、介电系数、对显微组织的要求等，可按协议规定的方法进行检测。 四要求检验的项目 所有的激光熔覆涂层，除外观必须符合3.1条的要求外，依其应用的不同，建议按协议检验如下的有关项目。 4.1 用于耐磨的激光熔覆涂层 要求检验厚度、结合强度和硬度。分别按3.2、3.3和3.4条的规定进行，并满足要求。

激光合金化

题目激光合金化 Laser Alloying 任课老师任振安 学生姓名苏雷学号2013432099 学院材料科学与工程学院 专业材料加工工程

前言 自70年代以来,我国开展了激光处理的研究,开发和应用。四十多年以来，我国的激光处理已取得了可喜的成绩,有些研究成果已达到了国际领先水平。激光处理技术已在工业上取得了广泛的应用。例如,西安内燃机配件厂1990年10月建成全国第一条缸套激光热处理生产线,至1998年底已建成24条激光热处理生产线,生产能力达到年产120万只激光缸套;青岛中发激光技术有限公司已开发生产了5种型号的激光强化机,据统计,该公司产品已在国内80家汽车大修厂、镗缸磨轴厂、缸套厂、大专院校和科研院所使用,取得了明显的经济效益。激光热处理主要包括激光硬化、激光合金化和激光熔覆。其中激光合金化和激光熔覆是在激光硬化的基础上发展起来的新工艺,这二种方法均具有改变基材表面的组织能力,同时还具有改变基材表面成分的能力。这二种方法为在各类材料生成与母材结合良好的高性能(或特殊性能)的表层提供了有效途径。目前,对激光合金化和激光熔覆两种处理还没有严格的定义和区别,一般认为母材表面成分改变相对较少的方法称激光合金化,而对母材表面成分改变较大或熔覆一层与母材成分完全不同的表面层的方法称激光熔覆。目前激光熔覆的主要应用是提高材料的耐磨性,在零部件的局部表面制备高耐磨的熔覆层;提高材料的耐腐蚀性,即在材料表面熔覆一层具有高耐腐蚀性的合金层;改变母材表面性能,形成一层具有特殊性能的表面层。如重庆大学在完成了奥氏体不锈钢表面同步实现合成与涂覆工艺制备生物陶瓷基础上,在比强度高,耐蚀性好、医疗用途更广泛的钛合金表面成功地实现激光束一步合成和涂覆Ca5(PO4)3#(OH)羟基磷灰石(HA)的生物陶瓷涂层。该熔覆层具有优良的力学性能,也改善了植入材料弹性模量与生物模量及生物硬组织的匹配性[1]。 本文主要介绍激光合金化。激光表面合金化是金属材料表面改性的一种新方法,它是利用高能激光束将基体金属表面熔化,同时加入合金化元素,在以基体为溶剂,合金化元素为溶质基础上形成一层浓度相当高、且相当均匀的合金层,从而使基体金属表面具有所要求的耐磨损、耐腐蚀、耐高温抗氧化等特殊性能。激光表面合金化能够在一些价格便宜、表面性能不够优越的基体材料表面上制出耐磨损、耐腐蚀、耐高温抗氧化的表面合金层,用于取代昂贵的整体合金,节约贵重金属材料和战略材料,使廉价基体材料得到广泛应用,从而使生产成本大幅下降。与常规热处理相比,激光表面合金化能够进行局部处理,而且具有工件变形小、冷却速度快、工作效率高、合金元素消耗少、不需要淬火介质、清洁无污染、易于实现自动化等优点,具有很好的发展前景。目前,激光表面合金化研究领域不仅限于低碳钢、不锈钢、铸铁,而且还涉及到了钛合金、铝合金等有色金属[2]。

机械加工常用材料与表面处理

机械加工中常用材料与表面处理 本人虽是机械专业本科毕业，但是对于机械原理和机械设计的基本知识仅仅是知道点，而机械加工的很多基本知识连知道点都不敢说。其主要原因还是自己上课时没有好好学习，加之在学校的时候用得少，就造成一无所知了。直到工作后，才陆陆续续的画了一些的图纸，但是碰到加工方面的问题总是使自己很窘迫，因为没搞清楚或不知道而做出来废品给企业和社会造成的损失和浪费就更加惭愧了。因此查找了一些互联网上的资料，结合自己少许的经验，归纳了一些常用的机械加工中常用材料和表面处理的基本知识。一是更进一步了解这些知识点的同时加深印象；二是今后方便查看（书本早已卖掉换钱了）；三来如有需要者看到了，或者帮到了他们，就甚是欣慰了。 1.材料 材料大类上可以分为金属材料和非金属材料，金属材料一般都是合金，分类和命名也是根据合金中某种成分的含量进行划分的；非金属材料多为塑料，做结构时相对金属用得少，但是某些特殊的地方用起来优点很多。 1.1 钢和铸铁 钢和铸铁可以说都是铁碳合金，以含碳量2.11%为分界。钢又分为碳素钢和合金钢（为了获得某些特殊性能而加入一些合金元素），下面的表是一个关于钢的大概分类 表格1 钢 钢（含碳量 <2.11%） 名称与牌号用途说明 碳素钢（碳钢）：含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金含碳量越高，钢的硬度越大，韧性越小碳素结构钢：Q195， Q215，Q235，Q255， Q275，Q345。这些牌号 表示屈服强度 Q235、Q255可用于螺栓、螺 母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结 构件； Q275用于强度较高转轴、心轴、 齿轮等； Q345用于船舶、桥梁、车辆、大 型钢结构。 Q235（以前叫A3钢） 属工程用钢，主要用作结 构件，如角钢，槽钢、工 字钢和钢板等，高压输电 线路的杆塔很多都是 Q235镀锌的，而埃菲尔 铁塔是锻铁组成的。 优质碳素结构钢：08、 10、20、35、40、45、 50。这些牌号的表示含碳 量（万分之几） 08钢，含碳量低，塑性好，主要 用于制造冷冲压零件； 10、20钢，常用于制造冲压件和 焊接件； 35、40、45、50钢属中碳钢，经 热处理后可获得良好的综合力学 性能，主要用制造齿轮、套筒、 轴类零件等。 45钢属机械用钢，塑性 较高，强度低，易加工， 一般都是表面处理提高强 度硬度后用作机械零件

铝合金缺陷修补剂

铝合金缺陷修补剂 一、铝合金缺陷修补剂性能特点 ★耐高温——耐高温可达300度，瞬间最高耐受温度达330℃。 ★与金属具有较高的结合强度——适用于高温工况下各种铝质金属表面、垂直面、凸面或凹面，具有优良的物理机械性能、粘接强度、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐磨、耐老化、耐热性能、耐油、耐水及耐多种化学物质，其收缩率和吸水率低的特性。 ★固可进行各类机械加工——混合后可在常温下固化,硬化形成一种牢固 的类似金属状的材料，可进行钻孔、攻丝传统的各种机械加工及涂漆；是一种理想的冷焊剂，可替代传统的热焊接工艺，施工场所不受限制——不用电，不用火，施工比较安全；是所有工业维护部门必备的好帮手，是在条件不允许常规焊接时,取代常规焊接方法的理想材料。 ★方便快捷解决问题——本产品具有适用方便、快速、经济、耐用、可靠等特点。 二、铝合金缺陷修补剂产品用途 ★双组份，膏状，以铝粉为强化填充剂、多种合金材料、改性高温树脂和高温固化剂组成的高性能聚合耐高温铝质修补材料。通用于各种铸铝件缺陷的修补及铝质零件磨损、大孔和微孔、设备损伤的修复；如各种铝制品、容器、管路、零件、主设备的缺陷、磨损、划伤、腐蚀、断裂的修复。修复后颜色与基材基本一致。 ★高温交变、高强度冲击重载荷下设备、管路出现的漏孔、裂缝、砂眼、缺陷、断裂、损坏等进行填充与粘接补漏、焊合，螺纹翻修等用途。 ★金属零配件如：零件尺寸超差恢复尺寸、轴头、滑槽、阀们及泵体的缺陷修補工艺，修补后颜色与被修补零件基本一致。 三、铝合金缺陷修补剂使用方法 ★表面处理：表面处理对修补效果的影响很大。被修表面应打磨粗糙或喷砂处理，要打磨出基材本色，对一些特殊工况要进行特殊处理，如铸铁泵壳表层含水带锈要用火焰烧烤的方法将表层内的水分除净，然后打磨或喷砂：对一些轴类或孔类磨损尺寸的恢复，在保证足够强度的前提下，可打磨或车削粗糙的螺纹表面。导轨或缸体划伤部位要打磨出矩形槽或燕尾槽，深度要2mm以上。

激光合金化技术的应用

激光合金化技术的应用 周金科 光信0801班 20081182015 球墨铸铁热轧辊表面激光点状合金化技术 针对提高球墨铸铁热轧辊使用寿命的迫切需要,以及传统大面积激光合金化容易在轧辊表面形成贯穿性裂纹的缺点,采用离散强化的概念,在三种不同材质的球墨铸铁表面,进行了激光点状合金化处理方案优选的系统实验研究。与未经激光处理的球墨铸铁试块进行热疲劳对比试验,对热疲劳试验前后试块的热疲劳裂纹和组织进行分析检测。设计了应用于输出脉冲激光的斩波器。实验表明,激光点状合金化处理时,激冷态球墨铸铁表面的合金化层成形差,产生贯穿合金化层的裂纹;而在适当的工艺参数下,珠光体基体球墨铸铁和调质态球墨铸铁上均得到了成形较好无裂纹的合金化点。激光点状合金化获得的合金化区内是共晶介稳组织或者接近共晶的亚共晶介稳组织,热影响区内组织发生了转变,依奥氏体化温度和冷却速度不同依次形成过热区、完全淬火区和非完全淬火区,非完全淬火区内珠光体显著细化。合金化层硬度最高可达HV0.2900左右,热影响区硬度也比基体硬度得到较大提高。热疲劳试验结果表明,调质态球墨铸铁抗热疲劳性能最好,热疲劳试验后表面基本没有发现热疲劳裂纹,经过激光点状合金化处理后,热疲劳裂纹主要产生在合金化区域内,但裂纹被热影响区阻滞不能扩展到基体。 AZ91D镁合金表面激光Al合金化改性研究 镁合金具有低的密度和高的阻尼减震性能以及良好的可成型性和切削加工性能,因此近年来其在工业应用中受到越来越多的重视,但是镁合金的室温强度低、耐磨性差和耐蚀性差大大限制了作为工程结构材料的应用范围。因此,采用表面改性技术以增强镁合金表面化学和力学性能具有重要的现实意义。为此本文以AZ91D镁合金为研究对象,采用激光表面合金化技术提高镁合金表面性能。利用现代微观分析技术和性能检测手段,对改性层微观组织结构、性能特征随激光工艺参数的变化规律进行了系统分析。在试验中找到显著提高镁合金耐蚀性、耐磨性最佳的激光合金化工艺参数。实验结果表明,激光合金化改性层分为合金化区、结合区和热影响区。合金化区鱼骨状组织为α-Mg和梅花状组织为α-Mg+β-Mg17Al12的组织,灰色基体为少量的α-Mg和较多β-Mg17Al12的组织。改性层同样是由α-Mg和金属间化合物β-Mg17Al12构成,并且β-Mg17Al12相的含量较基体镁合金均有明显增加。不同激光工艺参数下改性层的腐蚀速率远远低于基体。激光功率一定时,扫描速度为3mm/s为最佳。扫描速度一定时功率为1.5kW时,耐蚀性最佳。改性层最终凝固组织呈明显的梯度分布特征,最高强度出现在亚表层中。在功率为2kW时,不同扫描速度下亚表层平均硬度约在150-330HK范围内,较基体(70HK)约提高100-370%。其中扫描速度为10mm/s时为最佳,较基体约提高250-370%。在扫描速度为7mm/s时,功率为2.5kW为最佳,较基体提高约250-470%。在磨粒磨损机制下,改性层耐磨性的高低与硬度试验结果基本相吻合,即硬度越高耐磨性越好。在功率为2kW时,扫描速度为9mm/s时耐磨性最好;扫描速度为7mm/s时,功率2.5kW为最佳。 钛表面机械强化及其激光合金化研究 钛及钛合金具有密度低、强度高、耐蚀、化学稳定性好等特征,在生物医疗、航空工业和机械工业等领域有广泛的应用。但是,钛及钛合金存在着摩擦系数高、硬度低等缺点,限制了其应用领域。为提高钛及钛合金的疲劳性能和表面硬度,本文采用表面机械强化和激光表面合金化技术对工业纯钛TA2进行了表面改性处理。对a-Ti和a′-Ti分别进行喷丸和滚压表面机械强化。在Amsler-5100疲劳试验机上,测定应力比为0.1、循环周次为106的室温三点弯曲条件疲劳强度。利用透射电子显微技术、X射线衍射技术研究了表面机械强化层的组织亚结构和残余应力分布,测定了试样表面粗糙度。a-Ti经喷丸、滚压后的组织、残余应力粗糙度对比研究结果表明:1)强化层组织中均可观察到位错和变形孪晶。滚压形成了单个分散的孪晶,喷丸表层中形成大量相互交叠的孪晶和变形带;疲劳后,喷丸组织中产生孪晶-孪晶的交互作用,而滚压组织中是孪晶-晶界的交互作用。2)喷丸较滚压强化表层残余应力松弛显著,疲劳后两者的表层残余应力相当。3)喷丸较滚压粗糙度高一个数量级。a’-Ti喷丸强化表面层具有较高的表面粗糙度。

《金属材料及热处理》课程教学大纲

《金属材料及热处理》教学大纲 Metallic Materials and Heat Treatment 总学时：48理论课学时：42实验课学时：6 一、课程的性质 本课程是材料成型及控制工程专业（金属）的一门主干课，也是该专业方向一门重要的专业领域课。本课程的内容包括：金属材料合金化的基本理论，合金元素对材料性能的影响，工业生产中典型零件热处理工艺分析，碳钢和合金钢、铸铁以及有色金属材料的成分、组织结构、性能及应用，金属材料的设计与选材方法等。目的是使学生掌握提高材料性能的基础理论、方法和工艺，能够根据零件的服役条件和性能要求正确地选择材料，合理制定工艺，为以后从事材料的研究和使用奠定理论基础，并了解当前金属材料及其热处理领域的新技术、新工艺、新进展。 二、课程的目的与教学基本要求 本课程的目的是使学生掌握金属材料的合金化基础理论；熟悉碳钢、合金钢、铸铁及有色金属等金属材料的成分、性能和应用；了解金属材料设计理论和合理选材的思路。教学基本要求使学生掌握金属材料的基本理论知识，了解该方面发展的最新动态，熟悉常用金属材料成分－热处理工艺－组织－性能－应用之间关系的一般规律，对常用金属材料及其应用有全面认识，具有合理选用工程材料的基本能力。 三、课程适用专业 材料成型及控制工程（金属） 四、先修课程 材料科学基础 五、课程的教学内容、要求与学时分配 1．理论教学部分： 教学的重点是金属材料合金化的基本理论，热处理工艺对材料性能的影响，碳钢和合金钢、铸铁以及有色金属材料的成分、组织结构、性能及其应用，金属材料的设计与选材方法等。教学的难点是如何使学生将熟悉和掌握金属材料的成分－热处理工艺－组织－性能－应用之间关系的一般规律，对常用金属材料及其应用有全面认识。要求学生掌握提高材料性能的基础理论、方法和工艺，能够根据零件的服役条件和性能要求正确地选择材料，合理制定工艺，为以后从事材料的研究和使用奠定理论基础。 具体课程教学内容如下：

激光技术的发展历史

73 2006 NO.9&10 记录媒体技术激 光的发明是20世纪中期一项划时代的成就，对人类社会文明产生了极其深远的影响。人们把 激光和原子能、半导体、计算机列在一起，称为20世纪的“新四大发明”。激光的出现不但引起了光学革命性的发展，冲击了整个物理学，并且对其它学科如化学、生物学和技术及应用学科如电机工程学、材料科学、医学等都产生了巨大的影响。像蒸汽机、发电机和电动机、晶体管、计算机这些创新一样，激光是一项通用技术，它提供了可以在大量实际领域应用的技术能力。对光盘存储而言，激光的发明是光盘存储技术必不可少的基础，它为光盘存储提供了一个有足够功率并且能够汇聚成很小光斑(微米级或亚微米级)的光源。可以说，没有激光的发明，就没有后来的光盘的发明。本文主要为光盘技术人员介绍激光技术的发展历史和趋势。 一、激光的发明和发展 所谓激光就是受激发射的光，是被其它辐射感应而激发的辐射。激光的英文名词为Laser ，是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的词首字母构成的新词，其原意是受激辐射光放大器。早期在我国曾被翻译成“莱塞”、“雷射”、“光激射器”、“光受激辐射放大器”等。直到1964年，由钱学森院士提议取名为“激光”，它既反映了“受激辐射”的科学内涵，又表明了它是一种很强烈的新光源。钱学森院士的提议得到国内学术界的一致认同，在中国大陆激光这个新名词就一直沿用至今。 现在我们知道，物质的发光过程有两种：一种称为自发辐射，另一种称为受激辐射。自发辐射是在没有外来光子情况下，原子自发地、独立地从高能级E 2向低能级E 1的跃迁。自发辐射是随机过程，跃迁时发出的光在相位、偏振态和传播方向上都彼此无关。受激辐射是处于高能级E 2的原子，在受到能量为hv = E 2-E 1的外来光子的激励时，跃迁到低能级E 1，并辐射一个与外来光子的频率、相位、振动方向和传播方向都相同的光子。 1916年，爱因斯坦根据物质发光和吸收必须符合能量守恒的基本原则，预言除了大量的自发辐射以外还必然存在着少量的受激辐射，并且这种受激辐射还 激光技术的发展历史 ◇顾 颖 会进一步引发同类的受激辐射，因此可以获得受激辐射被增强的效应。爱因斯坦的论断为激光的发明提供了理论基础。 图1 自发辐射和受激辐射 图2 爱因斯坦 此后，科学家们多次企图在原子发光实验中验证受激辐射的存在，但是要从大量的自发辐射中区分出只含万分之几的受激辐射确实是十分困难的，所以始终未能获得成功。 第二次世界大战时期，由于军事上雷达技术的需要，微波辐射和分子光谱学得到迅速发展，研究前沿向更短的波长领域推进，以达到更高分辨率的目标。战争结束后，美国军方对毫米级波谱学的研究工作保持着强烈的兴趣，因为其方便的部件可以用于减少导弹的重量、设计安装在坦克和潜水艇上的轻量级短波雷达、以及用于提高短波通讯的安全性。科学家们在军方的资助下能够利用战后剩余的微波设备继续微波辐射研究。1951年，美国哥伦比亚大学教授汤斯(Charles Townes)开始了“受激辐射微波放大器”(Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation-MASER ，译作脉塞)的研究。1954年，汤斯和他的学生古尔德(Gordon Gou)合作制成了第一台脉塞，他成功地隔离了激发态氨(Ammonia)分子并实现了粒子数反转(上能级分子数分布大于下能级分子)，把一束受激的氨分子束瞄准进入谐振腔，使腔内激发态氨分子受激跃迁产生24千兆赫频率的辐射信号。第一个脉塞辐射的波长略大于1厘米，功率只有几十毫微 瓦，但是能量集中在很窄的谱线内。同年，苏联科学

《激光熔覆修复模具技术工艺规范》

《激光熔覆修复模具技术工艺规范》 激光熔覆修复模具技术是一个工艺流程系统。首先，应根据制品的服役条件或失效分析，确定对涂层的性能要求，据以选择恰当的熔覆合金材料和工艺。然后、实施激光熔覆工序施工，包括:基体的表面预处理，激光熔覆工艺及精加工，熔覆层质量检验。每道工序都必须严格按操作规程进行，检验合格，方能进行下一道工序。 一熔覆层系统设计 1.1 确定对熔覆层的功能尺寸要求 应确切了解欲激光熔覆模具的服役条件，或制品在使用过程中的失效原因，确定对熔覆层的功能尺寸要求。 1.2熔覆层材料的选择 只有熟悉并掌握丰富、全面的材料科学知识，才能做到正确合理地进行熔覆层系统设计，选择熔覆层材料。有关这方面的资料，可参考“机械制造工艺材料技术手册”第九篇“热喷涂材料技术手册”(机械工业出版社，1993，第一版)。 1.3 激光熔覆工艺选择 激光熔覆工艺的确定，应根据熔覆层材料的熔点、热导率、耐热震性及熔覆层与模具基体的结合强度要求，结合生产效率、成本等综合考虑。 二激光熔覆修复模具的基本程序 激光熔覆修复模具操作基本程序如下表：

三激光熔覆修复工艺 正确的激光熔覆工艺参数。应使被熔覆的合金粉末均匀熔覆到经预处理的基体表面上，形成优质涂层。 激光熔覆修复工艺参数的选择对激光熔覆修复过程、熔覆修复件的综合性能有着直接的重要影响。激光熔覆层的质量除了受熔覆材料和基体材料的熔点、导热系数、热膨胀系数、密度等物理性质和相互

之间的化学匹配性制约之外，主要取决于激光参数(输出功率、光斑形状和尺寸、光束输出模式)和工艺参数(扫描速度、预置粉层厚度、搭结率、预热温度及保护气体等)。 3.1 基材熔覆表面预处理 表面预处理是为了除掉基材熔覆部位的污垢和锈蚀，使其表面状态满足后续的前置熔覆材料或者同步供料熔覆的要求，主要包括喷涂表面的预处理和非喷涂表面的预处理。 ①喷涂表面的预处理。基材表面常用火焰喷涂或者等离子喷涂，因此需要进行去油和喷砂处理。 去油一般用加热法，即基材表面加热到300-450℃左右去油;也可用清洗剂去油，常用的清洗剂包括碱液、三氯乙烯、二氯乙烯等。 喷砂是为了除掉基材表面的锈蚀，并使其毛化，从而有利于喷砂粉末的附着。 经过表面预处理的零件，不宜长久放置于空气中，以防再次污染。 ②非喷涂表面的预处理。在采用勃结法预置熔覆材料或者同步法时，其表面也必须进行去油和除锈处理，但对毛化的要求没有喷涂表面那样要求严格。 3.2 激光熔覆工艺参数控制 3.2.1激光功率 激光功率是影响熔覆层质量的主要因素。功率越大，熔化的合金量越多，产生气孔的机率就越大，随着功率增加，熔覆层深度增加，周围的金属液体流向气孔而使气孔数量逐渐减少甚至得以消除，裂纹数量也逐渐减少。

激光技术在日常生活中的应用

激光技术在日常生活中的应用 ?世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。 一、激光技术应用简介 激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为： 1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。 2.激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加 工工艺。 激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。 激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。 激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG 激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。 激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w 提高到了800w至1000w。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。 ?激光热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主。