激光熔凝处理的优化硬化层制备方法

激光熔凝硬化又称激光晶粒细化，它是利用比相变硬化时更高的激光能量（≈10⁵W/cm²），使金属表层快速熔化并造成熔化金属和基体金属之间很大的温度梯度。激光移开后，熔化金属快速凝固，表面获得极细或超细化的组织结构，表面成分偏析减少、表层的缺陷和微裂纹可被熔合。激光熔凝处理可形成较深的硬化层。

适宜于进行激光熔凝处理的材料主要有铸铁、工具钢、不锈钢和铝合金等。主要目的是提高硬度和耐磨性能。其中，铸铁是激光熔凝处理最理想的材料。经激光熔凝处理，可使夹杂物溶解，在熔化区获得细枝晶组织和微细的金属间化合物，从而使硬度、耐磨性显著提高。据报导白口铸铁、灰铸铁耐磨性可提高6～7倍。对工具钢进行激光熔凝可使碳化物很快溶解，并随后产生细小和弥散分布的碳化物，提高了热硬性和刀具寿命。对于马氏体和奥氏体不锈钢，由于获得细化组织，减小了晶间腐蚀倾向。采用此法对铝硅合金进行处理，可使大块初晶硅细化到1～4μm，均匀地分布在基体中，硬度提高且无孔隙。对钢渗硼层进行激光熔凝，可细化组织，改善脆性，提高硬度。

激光上釉又称激光非晶化。处理时的工艺参数与熔凝不完全相同。当工件表面的功率密度达到10⁷～10⁸W/cm²、扫描速度很高时，可使激光照射区的金属表面产生一个薄的熔化层（1～10μm），并与基体形成陡峭的温度梯度。熔化层急冷速度高达10⁶°C/s，金属来不及形成晶核进行结晶，并抑制了熔体的外延长大，因此形成类似玻璃状的非晶态组织，使金属表面的耐腐蚀性能、抗氧化性能和耐磨性能大大提高。从表13-5可以看出，几种铸铁表面激光熔凝处理后，表面熔凝层的硬度明显提高，其耐磨性也得到显著增强。(www.xing528.com)

表13-5 几种铸铁表面激光熔凝层的硬度