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激光非晶化工艺

导读: 激光非晶化可采用脉冲激光或连续激光。脉冲激光非晶化的研究开发较早,始于20世纪70年代中期。

  激光非晶化可采用脉冲激光或连续激光。脉冲激光非晶化的研究开发较早,始于20世纪70年代中期。国外1974年用4倍频率的YAG激光脉冲(λ=0.265μm),脉宽为10μs,在单晶硅上第一次制得几十纳米厚的非晶体。脉冲激光非晶化时,要求脉宽在10-6s~10-15s范围,现在常用YAG固化激光器。脉冲激光实现大面税非晶化比连续激光更困难,目前主要用于研究新的非晶合金系及相关理论。连续激光非晶化常用CO2激光器,经聚焦后作用于金属表面的功率密度(W/cm2)一般为106数量级。功率密度过低,达不到表面薄层超快速加热,形成非晶态的加热条件;功率密度过高,会使表面金属汽化。扫描速度视功率密度大小,在每秒数百毫米到数千毫米范围内变化。由于激光扫描带搭接会使已经非晶化的热影响区结晶化,连续激光获得大面积非晶态表面也比较困难。

  利用激光非晶化技术,可以使廉价的金属表面非晶化,以获得良好的表面性能。也可以通过预处理,例如激光合金化、气相沉积、电镀和热喷涂的方法,在指定基体表面形成容易实现非晶化的合金层,使难以非晶化的基体表面获得非晶态表面层。迄今激光非晶化已在许多金属和合金系成功地获得非晶体。例如,莱氏体工具钢(C的质量分数为2.1%,Cr的质量分数为12%)表面40μm厚度的Fe-B合金喷涂层获得非晶区,硬度为1700HV,工艺参数:连续CO2激光器功率为3kW、光斑直径为0.5mm、扫描速度为200mm/s;Pd-Cu-Si合金,采用连续CO2激光,功率为300W/cm2~500W/cm2,熔池直径为0.2mm,扫描速度为100mm/s~800mm/s,在扫描搭接带平行移动距离为0.075mm~0.1mm的条件下,表面获得了大面积非晶化。

  激光非晶化工艺及相关基础理论的研究目前还不成熟,其生产应用正在开发中。

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