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激光表面纳米化技术详解及最新进展


激光表面纳米化技术详解及最新进展

上个世纪70年代大功率激光器研制成功后,使激光表面处理技术进入实际应用,随后迅速发展,先后出现了激光淬火(激光相变硬化表面改性技术)、激光重熔、激光表面合金化...
激光表面纳米化技术纳包括表层材料晶粒纳米化和实现表层纳米结构。
纳米材料和纳米结构所具有的各种的优异性能已经逐渐被人们认识,对金属材料来说如果晶粒尺寸细化到纳米量级,其综合性能将大幅度提高,同时金属材料表层的纳米图案结构可以极大地改善材料表面性能,可以使材料具有抗氧化,耐磨,耐腐蚀,超疏水等一系列优异性能。
材料表面纳米化的方法有多种,在各类表面纳米化技术中有一大类,是利用激光表面处理技术和纳米技术相结合实现纳米特性的表面层,可以统称为激光表面纳米化技术;
或更广义的称之为激光纳米表面工程技术,就是直接或主要利用激光这种特定的技术手段,直接改变或是添加材料改变被处理固体材料表面的形态、成分或结构,使其形成含有纳米晶粒或一定纳米颗粒成分的表层。
或者使用激光刻蚀,激光压印,激光毛化,激光微纳造型等手段在材料表面实现纳米结构。
1 激光表面处理技术
上个世纪70年代大功率激光器研制成功后,使激光表面处理技术进入实际应用,随后迅速发展,先后出现了激光淬火(激光相变硬化表面改性技术)、激光重熔、激光表面合金化、激光熔覆、激光表面非晶化和激光冲击强化等方法。
这些激光表面处理技术通过使材料表面形成一定厚度的处理层,以改善材料表面的力学性能、冶金性能、物理性能,从而提高零件、工件的耐磨、耐蚀、耐疲劳等性能。激光由于功率密度高,方向性好,能量传递方便,可在各种透明介质中传输等特点。
同时各种段脉冲激光的发展使得激光表面纳米图案化愈加可行。
随着纳米材料和纳米表面工程技术的发展,应用各种激光表面处理技术,实现零件表面纳米化的探索也逐渐展开,并取得一定成果。
激光表面纳米化技术由于实质上就是激光表面处理技术和纳米表面技术结合所产生的,所以其同样具有激光表面处理的所有优点,相较于其他表面纳米化技术,这些优点有的是至关重要的;
比如机械研磨表面纳米化技术,就不适用于大面积、复杂形状的零件;
再比如表面辊压或振动喷丸表面纳米化技术在处理复杂形状零件上都有困难,实际生产中难以实现,而激光表面纳米化技术却基本不存在类似问题。
2 激光表面纳米化的方法
2.1激光辐照表面纳米化技术
激光辐照表面处理研究较多地集中在激光淬火硬化的表面改性工作上,同时也在激光固溶或激光退火上进行了很多的研究,目前尚无研究人员明确提出使用激光辐照进行金属零件表面纳米化的研究。
但燕山大学的文海燕在她的硕士论文中提到,使用一定功率的激光以特定的工艺参数反复循环辐照,对Inconel718合金微观组织性能变化规律的研究过程中,在某一组处理参数下,Inconel718材料表层出现纳米晶粒结构。
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