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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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)表面粗糙度和工件尺寸影響不大，有時(shí)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(dòng)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(shí)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(shí)，大型軋輥表面激光熔凝淬火的最大淬硬層深度可以達(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(duì)激光的吸收率。對(duì)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(duì)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。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(shí)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。