近些年来随着激光技术的发展，激光表面强化热处理技术在生产和生活中得到了广泛的应用并引 起了科研工作者的兴趣。本文就查阅的文献在激光热处理的特点、优缺点、设备、工艺及其原理以及激光热处理的应用和影响因素等几个方面谈谈激光表面强化技术热处理的现状和应用。

一、 历史 激光的出现是近代物理学的一个重大进展。自1960年第一台激光器问世以来，受到各国的重视，发展迅速，在军事、工业、农业、医学和科学技术等方面都开展了广泛地研究与应用。虽早在第一台激光器诞生后不久就开始了小功率激光热处理试验，但直到1968年才第一次在热处理生产中使用。激光在金属热处理方面取得成功，可以认为是激光技术应用第二阶段的开始。1974年芝加哥夏开(sciaky)兄弟有限公司的西曼()在美国金属学会举行的热处理会议上作了报告，并首次展出了一台10千瓦工业激光热处理设备。1975年7月《美国机械师”杂志上刊登了一篇“激光在金属加工中”的特别报告，列举了42种市场上供应的激光金属加工设备，其中用于热处理的有9种，最大功率达20千瓦。1975年5月美国《金属进展》杂志报道，在沙基诺(Saginaw)汽车转向器齿轮公司，有15台0.5~1千瓦激光热处理设备，每天处理零件约30000个。

二、 激光及激光热处理特点2.1激光特点 1．高方向性：一般光源(如电灯等)是向四面八方均匀地发光。而激光有非常高的方向性，光束的发射角可小于一个到几个毫弧度，可认为输出的光束是平行的。 2．高亮度性：激光器发的光束非常强，并能聚成极小的光点，这种光点所照射的地方，在不到千分之一秒的时一间内，就能产生几百万度的高温。 3．高单色性:激光器发的光是非常纯净的单一颜色，而普通光的成分是十分复杂的，包含有可见光，紫外线和红外线等。如把现在所有滤波技术都用在普通光也得不到象激光那样的单色。 2.2激光热处理的特点[1] 由于激光具有分散性小，强度高，单色性高及相干性好等特性，给激光热处理带来以下 特点： 1．加热速度极快，0.5秒可达760℃(据介绍，对薄片金属加热可达106℃/秒)。远远超过火焰加热和感应加热，.可实现自冷淬硬。加热速度不受零件磁性变化的影响。节省能量， 变形很小。 2．激光热处理的光学系统焦距深长，在焦点每边75毫米以内，功率密度相同。要加热的零件表面到加热器的距离，不象感应加热那样要求严格。在一定范围内，对变截面的长轴类零件、不同直径零件或表面凹凸不齐的零件，可使用同一加热器进行处理。 3．使用足够的功率密度能在短时间内把零件表面熔化一薄层。在这种条件下，碳、氮、硼、铬和铝等合金元素都可立即渗人该熔融层。而零件表面精度不受太大损害，心部性能不受任何影响。而不必象一般化学热处理需将零件整个加热，既浪费能量、损害零件心部性能，又变形大，周期长。 4．激光加热也便于实现定点局部硬化。 5．一个激光器可分出几个光束，进行多工位处理。 6．便于采用数字控制或计算机控制，实现自动化生产。

三、激光热处理优点缺点3.1优点 在热处理领域中，激光表面硬化处理是一项很值得重视的新技术，它有着下列许多优点: 1．碳钢或铸铁可进行表面相变硬化或表面熔化一凝固硬化处理，操作简单，硬度可到HRC邪一65或更高，深度达0.1~2.。毫米，可提高耐磨性等。 2．低成本材料可以简易地进行表面合金化处理，来代替渗碳、扩散渗层、气相沉积等复杂的工艺，能大大简化工序，缩短时间。合金成分可达到很高(达百分之几十)，层深可根据需要调节。还可以在薄片零件表面上合金化。并且可以在同一工件的不同部位，根据需要进行不同成分的合金化。 3．处理层厚度可调，并均匀，即使零件截面很不均匀，也没有什么影响。 4．变形很小，当硬化深度小于0.25毫米时，一般没有可查觉的变形。 5．表面光洁:能使处理面上的优异性能的表层充分保存下来，因此工件可在精加工后进行激光热处理。 6．有些工件的部分，用其他方法热处理是办不到的，或是很困难的，但用激光热处理就很容易解决，例如工件的盲孔底部或工件深孔的内壁等。 7．能利用表面图案式黑化，进行精密图形的硬化处理。 8．能利用激光束加热使表面熔化，兼能修补小的外皮缺陷。 9．因其加热和冷却非常迅速，故热影响区非常小。 10．处理速率快，10千瓦激光热处理装置的工作效率可达火焰淬火和高频感应淬火的水平。 11．能量是由光束照射传给工件的，属于无接触加热，工件不受玷污。 12．操作简单，容易实现自动化。 13．能精密地控制光束能量和机械动作等，所以处理结果重复性好。黑化是为了使工件表面的反射率降低，以提高光能的吸收。黑化的方法有金属氧化法、磷化法、涂石墨膜法等。 14．不需喷水等，能自行淬火。 15．无论是在大气中、真空或其它特殊气氛中都可进行。 16．由于聚焦的激光束焦深大，最大可达75毫米，虽然工件有的外形杂，凹凸程度较大，也可通过激光热处理得到均匀的硬化层。 17．通用性好：一种装备能适应许多种尺寸及形状不同的零件。 18．可在工作台上采用电磁或真空吸盘来固定零件。 19．一台大功率激光器可供几个或儿套工作台使用，管理方便。 20．可排人流水线，进行连续工作。 21．因可仅处理工件的必须处理的部位，故可以节约能量和合金用量等。 22．激光热处理中，不产生烟雾等有害气体或物质。噪声很低，不辐射X光，热辐射也极少，不会造成公害。对激光保护容易，能大大改善劳动条件。 3.2缺点 1．激光热处理只是一种表面处理方法，事先仍必须进行常规的热处理，以获得适当的心部性能。 2．热处理工件的层深较薄，不能用在承受重负荷的大工件上。 3．对大型工件的处理是困难的，或效率太低而不合算。 4．激光热处理对工件的表面有要求，须进行黑化，虽然它对精密图案硬化有利，但增加工序。 5．激光表面合金化，虽然较其它方法有很多优越性，但仍常需予热及长时间高温的后处理，工序繁多，操作也很复杂。 6．大功率激光器的体积太大，须用特种玻璃制成，有些零件容易损坏，使用和维护应特别注意。7．大功率激光器的价格目前仍太贵。目前国外激光器可以分成四级，其功率分别为1、3、5、15kw，他们的设备投资分别为十万、二十五万、三十二万、七十五万美元。 8．激光器的电一光能量转换效率太低，对用电来说还不经济。

四、装置及激光光束 4.1设备 为一合两工位激光热处理设备的工作状态。一台完整的设备由以下几部分组成： 1．激光器—产生激光的光源。在热处理中使用的主要是二氧化碳连续波激光器。激光器本身由三个部分组成：工作介质：CO2激光器的工作介质是CO2和He、N2等辅助气体组成的混合气。激励装置：气体激光器通常用外加电源使激光管中的工作介质放电进行激励。谐振腔：全反射镜和部分反射镜构成谐振腔，它们之间是工作介质。 2．功率调节装置—功率变换可由人工、数字或计算机控制，能在0.1秒钟之内完成，输出功率可稳定在3%以内。 3．光束导向系统—包括两个摆动镜，分别控制扫描的长度和宽度，一个固定反射镜用以使光束对准工件，望远镜可用来调节光束的大小。 4．操作台。 5．控制台。 6．安全防护—具有一定功率的激光，能给人体以致命的损伤。因此，激光热处理设备必须有可靠的防护措施和安全自锁装置