雷射表面處理技術綜述及最新進展

2020-12-11 OFweek維科網

  雷射氣相沉積

  雷射氣相沉積可分為雷射物理氣相沉積和雷射化學氣相沉積,可以在基板上形成各種性能的薄膜,成膜速度快,質量好。如用雷射物理氣相沉積可以形成各種氧化物、氮化物的陶瓷鍍膜和氧化物高溫超導膜;用雷射化學氣相沉積可合成金剛石薄膜和非晶態矽。日?本已用雷射化學氣相沉積法生長出五氧化擔薄膜,該薄膜具有極高的耐蝕性[17]。將分子束外延法和準分子雷射技術結合起來,可以一層層地控制氧化物薄膜的形成過程。日本利用該技術已在Si上形成30層共90×10—10m厚的極薄氧化柿膜,一層厚約3×10—10m。目前,雷射氣相沉積技術的研究和應用正在蓬勃興起。

  10   雷射表面處理過程中的殘餘應力

  雷射表面處理可引起殘餘應力,但也可以降低或消除已產生的殘餘應力。殘餘應力常是由未發生熔化的雷射相變硬化誘導出來的,其特徵為表面處理層上出現壓應力,下方的加熱層出現拉應力.通常後者較強而且十分危險,它可導致裂紋.以45鋼為例[18],由激相變誘出的殘餘應力通常從壓應力200MPa變化至260MPa,拉應力從300MPa變化至850MPa[19]在中碳鋼中雷射相變硬化產生的殘餘應力比在合金鋼中的效果好.經多次雷射處理反覆出現軟化和表面拉應力的情況,是不理想的。對馬氏體鋼用Co基或Ni基粉末進行包層時所誘出的殘餘應力在包層中為拉應力,基體中為壓應力.在包層表面可出觀285MPa的高表面殘餘拉應力[20]。通常皆採用高頻加熱、電阻加熱、放熱式混合加熱等方法來降低殘餘應力。但是這些方法的作用過程都比較慢,所以現已採用高強烈度的雷射加熱來降低殘餘應力。顯然,通過快速供熱和結構轉變可產生熱靜力學波,當入射能量強度是足夠高能熔化金屬時,可有效消除表面應力.熱彈性波可使動應力松馳,當在表面層出現時,也能導致應力消除。

  11   結束語

  一. 技術亮點

  1. 雷射淬火層硬度達HV800~1100,具有極好的耐磨性和抗拉傷能力,一次修模後壽命較火焰淬火提高5~50倍。

  2. 雷射淬火層硬度、層深均勻,與基體有很強的結合力。

  3. 雷射淬火處理後變形量極小,無須作任何校正和加工處理。

  4. 雷射熔焊技術可對模具表面局部拉傷等損傷部位進行修復,修復效果明顯優於其他焊接方法。

  5. 具有很高的處理速度,通常可達0.5m2/h。

  6. 只需對模具磨損部位進行針對性處理,而無須全部處理模具表面。

  7. 顯著提高拉延件表面質量。

  二. 實際應用

  目前已批量對國內十多家汽車企業進行了汽車拉延模雷射強化處理服務,均取得了十分顯著的效果。例如,在對北汽福田歐曼重卡保險槓拉延模進行雷射表面處理後,其筋條表面硬度可達HRC55~58,表面壽命也從原來火焰淬火時的20~30件提升至2000件以上。另外,寶馬新五系側圍外板、門內板及壓邊圈、後門頂等模具使用最初表面硬度較低,經雷射處理後硬度由HRC20左右提高到HRC55以上。華晨寶馬也已正常使用一年以上,拉延件表面質量良好。

  三. 經濟性分析、應用價值及市場前景

  汽車拉延模雷射表面強化的經濟性及應用價值主要體現在以下方面:

  1. 顯著提高修模一次後拉延件的數量,減少修模時間,提高拉伸效率和產量。

  2. 顯著提高模具壽命,降低模具消耗。

  3. 顯著提高拉延件表面質量。

  4. 顯著降低修模工人勞動強度及修模費用

  為了使雷射表面處理技術獲得更普遍的應用,還需解決好以下幾個問題:

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