激光表面处理技术及其进展讲解
激光表面表面处理技术及进展
许彦明指导老师：宋世涛
（河北科技师范学院理化学院化学0703班）
摘要：激光具有巨大的技术潜力，在冶金和材料加工中发展迅速，应用广泛。激光表面处理由于其对工业和生产作出了巨大贡献，已成为飞速成长的重要加工技术领域。本文较系统地介绍了国内外激光表面处理技术的研究与应用近况，指出了这项技术今后需解决的问题。
关键字：激光；表面处理；进展
0 前言
激光的出现时近代物理学的一个重大进展。第一台激光器于60年代初问世，对激光表面热处理工艺的研究早在激光器诞生后不久就已经开始，但直到60年代末、70年代初才在热处理生产中获得应用。
激光在金属热处理方面取得成功，标志此技术的应用进人了新灼阶段。随着大功率激光器的研制成功与不断完善，这一新工艺用于汽车转向器表面处理的生产线[1]。国内经过“六五”计划的联合攻关，已在汽缸套等零部件的表面热处理上获得成功，取得了一批科研成果。随之而发展的表面涂覆(cladding)，表面上釉(Glazing)及表面合金化(SurfaeeAlloing)等工艺[2]也取得了相当大的进展。与上述工艺相比较，激光表面热处理是当前比较成熟、应用比较广泛的工艺。
1 激光表面处理技术的特点[3]
1)通过选择激光波长调节激光功率等手段，能灵活地对复杂
形状工件或工件局部部位实施非接触性急热、急冷。该技术易控制处理范围，热影响区小，工件产生的残余应力及变形很小。
2)可在大气、真空及各种气氛中处理，制约条件少，且不造成
化学污染。
3)通常，激光表面处理的改性效果比普通处理方法更显著
4)激光束能量集中，密度大，速度快，效率高，成本低。
5)可缩短工艺流程，处理过程中工件可以运动，故特别适合组织自动化处理线。
6)激光束便于通过导光系统准确地输人与定位，亦能导向多个工作台，可大大提高激光的使用率和处理的效率。
7)激光表面处理尤其适用于大批量处理生产线，其成本比传统的表面热处理低。
2 激光表面相变应化(LTH)
不论激光束是如户J产生的，激光束仅是一加热金属的热源，金属经激光热处理后，一般不出现异常的治全变化。相变硬化是一种儿乎无尺寸变化而能达到冶金相变的加工技术。利用激光束可以选择小面积加热和对需要部位硬化。实现激光相变硬化有三个基本条件仁:第一，金属硬化区必须达到奥氏体化温度;第二，在加热与冷却周期内硬化区在奥氏体化温度区应保持足够长的时间，以保证碳能充分的扩散;第三，应具有足够大的自身淬火能力，其冷却速度应超过临界冷却速度。金属经激光相变硬化的冶金变化不同于普通淬火之处有以下几点:
(1)激光相变硬化后的硬度高于普通淬火。其原因一方面由于在很高抑制条件下形成马氏体，另一方面则由于极快的加热和冷却速度使获得变形马氏体[4]。
(2)激光相变硬化能力决定于所处理的材料。一般地说，凡适合于普通淬火的材料也适合于激光相变硬化。但对低碳钢当其碳含量在0.2%以下时普通淬火一般难于淬硬[5]，而激光相变硬化却可以极快冷却速度使其淬硬。对具有石墨组织的铸铁普通淬火亦不易淬硬，但激光相变硬化也可使其淬硬，尽管在如此短的扩散时间内完成。
(3)对于含有分散球状碳化物的钢或含大量石墨不含珠光体的铸铁，由于相变时间太短，激光相变硬化难以使其淬硬。
工具钢和高速钢的激光表面硬化引起许多研究者的兴趣[6]。Brover[13]用脉冲激光器研究了不同组织的R6MS激光高温快速硬化的可能性.实验证明，不同激光能量水平和加热速度与不同原始组织配合，可以得到不同程度和均匀性的固溶体，从而得到在服役条件下所需要的优化的数值。Mulin等[14]用l000J的激光器硬化12X18N9T，13N5A砧A和1201工具钢。激光硬化的工具钢的耐磨性是非硬化工具的20一25倍，是带有氮化钦表面涂层的2一4倍。
3 激光表面熔化(LSM)
激光表面熔化在满足表面某些需要，如耐磨性、耐蚀性、防止氧化等方面显出独特优点。可用激光表面熔化得到细晶组织、非晶态和亚稳相，低的气孔率和光滑的表面，基体中较小的热影响区以及良好的基体与表面的结合。
光表面熔化施于钢铁常产生硬度很高的表面，可有效提高耐磨性;施于有色金属常可获得十分细而均匀的组织广。激光熔化高速钢时，先使原始组织迅速熔解，以后冷却时可保留大量己铁素体和奥氏体，可明显地提高硬度.激光熔化铸铁时可在莱氏体区形成细组织涂层激光熔化镍基合金时，则可得到过饱和基体相的细枝晶结构，同时枝晶区域内细MC碳化物质点和共晶组成。
美国NASAMarshen航天中心正致力于提高航天飞机(SSME)许多零件的寿命或修复完成每一次飞行任务之后的零件。主燃烧室中最关键的部件是其内衬(热壁)，它由锻造的NARloy—z制成.该合金在580一760℃的温度范围暴露96h后，可观察到晶界析出物及无析出区，这些都会降低主燃烧室内衬的寿命.一旦析出物形成，除了用熔化方法以外，很难用热处理的方法使其回到固溶体中去.激光上釉是细化锻造NARloy—z的显微组织的一种很有效的方法.用这种方法得到了很细的激光上釉显微组织，第二相均匀分布和错在铜基体中的扩展固溶体，使合金热稳定性和时效硬化得到很大改善。
4 激光表面合金化(LSA)
许多铁合金等较难熔材料在接触激光功率密度达106W/mm2的受热表面时，足以达到107~109K/s的加热速度会发生熔化，其中的各种元素扩散进入零件液态金属的薄层内[7]。当冷却
凝固时将形成固溶体和化合物夕表面发生合金化.最近有些国家对利用含Cr，Ni和Mo的铁基合金进行激光表面合金化的工艺产生极大兴趣，这种方法既可改变金属性能，又可节约材料、降低成本，可用普通碳钢等廉价材料获得表面耐磨、防蚀和抗高温氧化性很高的零件。用预置石墨粉习通过熔化或熔化后再进行渗碳形成碳化物的表面合金化可明显地提高表面硬度。
阻碍激光表面合金化广泛应用的障碍，除设备投资大、成本高外，就是在材料处理过程中表面易产生气孔、裂纹以及表面平整度的下降.针对后者，研究者根据具体情况加强研究，已经摸索出一些可行的办法[8]。
Ion用实验证明，激光表面合金化是提高低碳钢耐腐蚀性能的一种可行的办法。他使用的激光器功率为6kw，合金元素为铬，激光合金化层的厚度为0.5mm[9]，使耐腐蚀性大大提高。Mazulnde 等用激光使1016低碳钢表面以铬、锰、碳合金化。结果证实，用激光加工过的材料在销一柱磨损试验中表现出比Stelhte 6合金[10]还要好的耐磨性。作者认为，耐磨性的提高归因于树枝状组织和铬的碳化物，且枝晶越细，耐磨性越好.较低的激光功率和较高的激光一工件相对移动速率可以得到较高耐磨性的合金层。
5 激光表面冲击硬化(LSH)
激光冲击硬化是前苏联学者在70年代初提出的。利用极高功率密度(大于10sw/cm，)激光束冲击(作用时间为10~85数量级甚至更短)工件表面[11]，使表层几微米的薄层迅速被加热汽化。在极短的时间内，金属蒸气由于受到外部介质的限制而在冲击区形成超高压冲击波(最大10GPa左右)。随着冲击波向基体内的传递，会在表层产生压应力区，并出现某些微观特性的改变，从而改善了金属的机械性能。Chan使用名义功率为10GW/cm2，脉冲时间为20~40ns的脉冲Q开关的YAG激光器使铸铁、7075和7475铝合金冲击硬化，冲击振幅为5.6GPa.两种铝合金的疲劳寿命均得到提高.其原因是表面存在残余压应力。文献[12]作者认为，为了得到表面残余压应力，应对热应力的作用和冲击波的作用加以区分。试验说明，使用吸收涂层后可以得到表面残余压应力.由于只有冲击波透人材料，该区域受张力变形，但受周围材料的约束，被约束的区域就是一个压应力区。如果热量进人该区域，膨胀将会导致变形，在冷却时将会产生张应力。激光冲击硬化可以得到与喷丸相近的残余应力水平，但表面损伤更小，且能得到更大的透入深度。
6 激光表面熔覆
激光熔覆也称激光包覆，是利用一定功率密度的激光束照射(扫描)被覆金属表层上的外加纯金属或合金[13]，使之完全熔化，而基材金属表层微熔，冷凝后在基材表面形成一个低稀释度的包覆层，从而使基材强化的工艺.激光熔覆的熔化主要发生在外加的纯金属或合金中，基材表层微熔的目的是使之与外加金属达封冶金结合，以增强包覆层与基材的结合力，并防止基材元素与包覆元素相互扩散而改变包覆层的成分和性能[13]。激光熔覆工艺主要有两种:一种是预置涂层法，是用电镀、真空蒸镀、等离子喷涂、火焰喷涂、粘结等方法将要熔覆的金属粉末事先涂覆在基材表面，然后用激光重熔，这种方法可称为激光涂覆;另一种是同步送料法，即在激光照射过程中，将粉末或条、丝状纯金属或合金连续送入熔池内，其中用气体将粉末以一定角度吹入熔池的方法称为激光喷涂。激光熔覆与合金化类似。可根据要求在表面性能差的低成本钢上制成耐磨、耐蚀、耐热、耐冲击等各种高性能表面，来代替昂贵的整体高级合金，以节约贵重金属材料。包覆层组织细小，一般无气孔和空穴。将硬质TIC颗粒覆于高速钢表面，通过激光包覆处理得到TIC熔化层，然后
进行快速淬火。这样获得的表面包覆有极高硬度HV2100一2700，最高可达HV3100[14]。高速钢激光包覆的寿命为普通热处理钢的8.4倍[15]，最高达11.2倍。可以预料，这种处理方法将广泛用于加工难切削材料的刀具。
较常采用的激光包覆与基体的组合形式有如下儿种上:不锈钢一软钢;不锈钢-铝;软钢一不锈钢，硬质合金一软钢;硬质合金一黄铜;铁硼一软钢;镍一软钢;铬一钦。除以上所述外，激光包覆工艺还具有以下独到的优点:可控制稀释度，减少局部加热时的热变形，精确控制零件外形尺寸，可获得良好热结合性和精细淬火组织。
7 激光施袖
激光上釉是利用激光束熔化金属表面后再以106℃/s的冷速进行快速淬火和凝固夕使合金元素和碳的扩散受到抑制.这样一来，高温相随着其溶解度极限被保留到室温，得到过饱和固溶体.然后再重新加热进行弥散硬化处理。此亚稳相的热处理使金属的硬度和强度进一步提高.激光施釉的快速冷却提供了许多有用的冶金结构，如非晶态组织，即金属玻璃。“施釉”一词即由此而来.激光施釉层常包括非晶层与结晶层，结晶层内主要为枝晶区，内与基体相连，非晶层为表面层。
激光施釉结合火焰喷涂、离子喷涂、离子沉积等沉积技术在控制组织、提高表面抗蚀、耐磨和性能方面日益显示出广阔的应用前景。冷态工具钢(50CrNi3，X1CrMOV12)、热态工具钢(NICrMoV，X32CrMoV33)和高速钢先进行离子涂WC一Co，然后激光施釉可显著提高硬度。电子材料、磁性材料和其它一些电气材料用激光施釉后用于检验仪表上极为理想[15]。
8 激光退火
激光退火有两类:一类是激光诱导表面熔化，通常称“激光退火”;另一类是用激光束进行局部软化退火。激光退火常应用于半导体，可消除硅中离子注入所产生的严重膨胀损伤，如对石墨带加热器已应用激光退火，可在Si层上形成SiO2层。氧化物层通过别中氧离子注入形成。离子注入后表面Si层是高无序的，但尚不是非晶态，高温(1200℃)退火将保持此Si层的晶性[16]。曾对冷加工金属(CuNi4，SMnZ，SA14，CuNi78Z:，卫。，X12CrNi3和低碳钢)和时效硬化材料(AIMgsiZ)的局部软化进行了研究。变形冷加工金属被加热至某一不熔化或熔化温度时，会发生局部再结晶而降低硬度.可以预料，对整体材料的激光退火将会逐渐被应用到材料加工制造工业上。
9 激光气相沉积
激光气相沉积可分为激光物理气相沉积和激光化学气相沉积，可以在基板上形成各种性能的薄膜，成膜速度快，质量好。如用激光物理气相沉积可以形成各种氧化物、氮化物的陶瓷镀膜和氧化物高温超导膜;用激光化学气相沉积可合成金刚石薄膜和非晶态硅。日·本已用激光化学气相沉积法生长出五氧化担薄膜，该薄膜具有极高的耐蚀性[17]。将分子束外延法和准分子激光技术结合起来，可以一层层地控制氧化物薄膜的形成过程。日本利用该技术已在Si上形成30层共90×10—10m厚的极薄氧化柿膜，一层厚约3×10—10m。目前，激光气相沉积技术的研究和应用正在蓬勃兴起。
10 激光表面处理过程中的残余应力
激光表面处理可引起残余应力，但也可以降低或消除已产生的残余应力。残余应力常是由未发生熔化的激光相变硬化诱导出来的，其特征为表面处理层上出现压应力，下方的加热层出现拉应力.通常后者较强而且十分危险，它可导致裂纹.以45钢为例[18]，由激相变诱出的残余应力通常从压应力200MPa变化至260MPa，拉应力从300MPa变化至850MPa[19]在中碳钢中激光相变硬化产生的残余应力比在合金钢中的效果好.经多次激光处理反复出现软化和表面拉应力的情况，是不理想的。对马氏体钢用Co基或Ni基粉末进行包层时所诱出的残余应力在包层中为拉应力，基体中为压应力.在包层表面可出观285MPa的高表面残余拉应力[20]。通常皆采用高频加热、电阻加热、放热式混合加热等方法来降低残余应力。但是这些方法的作用过程都比较慢，所以现已采用高强烈度的激光加热来降低残余应力。显然，通过快速供热和结构转变可产生热静力学波，当入射能量强度是足够高能熔化金属时，可有效消除表面应力.热弹性波可使动应力松驰，当在表面层出现时，也能导致应力消除。
11 结束语
为了使激光表面处理技术获得更普遍的应用，还需解决好以下几个问题:
(l)研制出性能稳定可靠、成本低的大功率激光设备;提高设备的配套化和自动化程度，以更好地实现精确的温度控制;扩大激光表面处理技术的应用范围;推动宽带扫描技术的发展，以解决窄带扫描搭接带软化问题;进一步提高生产率;促进激光表面处理技术的普遍应用。
(2)加强对激光表面处理技术改性机理的研究，解决好温度场测定不够精确的间题，加强相关测试技术的研究，并从理论上加强对某些激光表面处理技术产生表面残余拉应力和裂纹的机理研究，提出具体解决措施。
(3)系统地研究激光表面处理工艺参数、材料性能、表面状况(吸光率)等对处理后表面层性能的影响，掌握最佳工艺参数组合，发展成形工艺。
(4)加强对激光表面处理后材料微观结构(或质量)的无损评价设备的研究。提高材料的表面性能将成为今后材料科学和制造业的重要发展方向，激光表面处理技术以其独特优点促进了材料表面改性处理工艺技术的发展。随着人们对激光表面处理技术研究的日益深入，这项技术将会在未来的工业发展中发挥日益重要的作用。
参考文献:
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Series，1986:185
激光精密加工讲解
1激光精密加工 激光由于其优良的光束特性, 自诞生以来, 就在工业加工领域起着非常重要的作用, 并且不断地深入到工业生产的各个领域, 以其独特的优越性, 成为未来制造业的重要加工手段, 被誉为 21世纪的加工技术。 1 激光精密加工 激光精密加工是利用高强度的激光束, 经光学系统聚焦后, 激光束的功率密度达到104 ~ 1011 W/cm2, 加工工件置于激光束焦点附近, 通过激光束与加工工件的相对运动来实现对加工工件的热加工, 加工精度一般在几微米到数十微米。激光束可以 聚焦到很小的尺寸, 所以特别适合于精密加工。激光精密加工所用激光器为各种脉 冲或调Q 固体激光器, 半导体激光器, 脉冲Nd:YAG激光器以及最近几年开始不断推广的光纤激光器和紫外激光器等。各种脉冲激光器的聚焦光斑很小, 功率密度很大, 工件加热范围小, 加工精度和定位精度高而且热影响区小。与一般的机械加工相 比较, 激光精密加工具有许多优点 (1加工的对象范围广, 几乎所有的金属材料和非金属材料如钢材、耐热合金、 陶瓷、宝石、玻璃、硬质合金及复合材料都可以加工。 (2加工精度高, 在一般情况下均优于其他传统的加工方法, 如电火花加工、电子束加工等。 (3属于非接触加工, 无工具磨损, 热影响区和变形很小, 因而能加工十分微小的零部件。而且激光束能量可控制, 移动速度可调。 (4自动化程度高, 可以用计算机进行控制, 加工速度快, 工效高, 可很方便地进行任何复杂形状的加工。 (5大部分激光器可与光导纤维系统组合使用, 具有革新性的纤维传送系统与激光器结合大大增加了激光加工系统的方便性与灵活性, 这种组合系统对于工业上的多工作台同时加工及机器人或机械手操纵非常理想。
激光熔覆技术介绍
激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。 为推动激光熔覆技术的产业化，世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究，已取得了重大的进展。国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用：包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。但到目前为止，激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。分析其原因，这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。因此，激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用，必须加大宣传力度，以市场需求为导向，重点突破制约发展的关键因素，解决工程应用中涉及到的关键技术，相信在不远的将来，激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。下面介绍激光熔覆技术几个发展的动态，以飨读者。 激光熔覆的优势 激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2，作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度，这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础，同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件，使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相，已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础，受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。 目前，利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、钛基、镁基等金属基复合材料。从功能上分类：可以制备单一或同时兼备多种功能的涂层如：耐磨损、耐腐蚀、耐高温等以及特殊的功能性涂层。从构成涂层的材料体系看，从二元合金体系发展到多元体系。多元体系的合金成分设计以及多功能性是今后激光熔覆制备新材料的重要发展方向。 最新的研究表明，在我国工程应用中钢铁基的金属材料占主导地位。同时，
激光表面处理技术及其进展讲解
激光表面表面处理技术及进展 许彦明指导老师：宋世涛 （河北科技师范学院理化学院化学0703班） 摘要：激光具有巨大的技术潜力，在冶金和材料加工中发展迅速，应用广泛。激光表面处理由于其对工业和生产作出了巨大贡献，已成为飞速成长的重要加工技术领域。本文较系统地介绍了国内外激光表面处理技术的研究与应用近况，指出了这项技术今后需解决的问题。 关键字：激光；表面处理；进展 0 前言 激光的出现时近代物理学的一个重大进展。第一台激光器于60年代初问世，对激光表面热处理工艺的研究早在激光器诞生后不久就已经开始，但直到60年代末、70年代初才在热处理生产中获得应用。 激光在金属热处理方面取得成功，标志此技术的应用进人了新灼阶段。随着大功率激光器的研制成功与不断完善，这一新工艺用于汽车转向器表面处理的生产线[1]。国内经过“六五”计划的联合攻关，已在汽缸套等零部件的表面热处理上获得成功，取得了一批科研成果。随之而发展的表面涂覆(cladding)，表面上釉(Glazing)及表面合金化(SurfaeeAlloing)等工艺[2]也取得了相当大的进展。与上述工艺相比较，激光表面热处理是当前比较成熟、应用比较广泛的工艺。 1 激光表面处理技术的特点[3] 1)通过选择激光波长调节激光功率等手段，能灵活地对复杂 形状工件或工件局部部位实施非接触性急热、急冷。该技术易控制处理范围，热影响区小，工件产生的残余应力及变形很小。 2)可在大气、真空及各种气氛中处理，制约条件少，且不造成 化学污染。 3)通常，激光表面处理的改性效果比普通处理方法更显著 4)激光束能量集中，密度大，速度快，效率高，成本低。 5)可缩短工艺流程，处理过程中工件可以运动，故特别适合组织自动化处理线。 6)激光束便于通过导光系统准确地输人与定位，亦能导向多个工作台，可大大提高激光的使用率和处理的效率。 7)激光表面处理尤其适用于大批量处理生产线，其成本比传统的表面热处理低。 2 激光表面相变应化(LTH)
激光探测技术讲解
激光探测技术 激光技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作为光源，配以相应的光电元件来实现的。它具有精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。当测定对象物受到激光照射时，激光的某些特性会发生变化，通过测定其响应如强度、速度或种类等，就可以知道测定物的形状、物理、化学特征，以及他们的变化量。响应种类有：光、声、热，离子，中性粒子等生成物的释放，以及反射光、透射 激光技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作为光源，配以相应的光电元件来实现的。它具有精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。当测定对象物受到激光照射时，激光的某些特性会发生变化，通过测定其响应如强度、速度或种类等，就可以知道测定物的形状、物理、化学特征，以及他们的变化量。响应种类有：光、声、热，离子，中性粒子等生成物的释放，以及反射光、透射光、散射光等的振幅、相位、频率、偏振光方向以及传播方向等的变化。 ◆激光测距 激光测距的基本原理是：将光速为 C 的激光射向被测目标，测量它返回的时间，由此求得激光器与被测目标间的距离 d 。 即：d＝ct/2 式中t-激光发出与接收到返回信号之间的时间间隔。可见这种激光测距的精度取决于测时精度。由于它利用的是脉冲激光束，为了提高精度，要求激光脉冲宽度窄，光接收器响应速度快。所以，远距离测量常用输出功率较大的固体激光器与二氧化碳激光器作为激光源；近距离测量则用砷化镓半导体激光器作为激光源。 ◆激光测长
从光学原理可知，单色光的最大可测长度L与光源波长λ和谱线宽度Δλ的关系用普通单色光源测量，最大可测长度78cm。若被测对象超过 78cm，就须分段测量，这将降低测量精度。若用氦氖激光器作光源，则最大可测长度可达几十公里。通常测长范围不超过10m，其测量精度可保证在 0.1μm 以内。 ◆激光干涉测量 激光干涉测量的原理是利用激光的特性－相干性，对相位变化的信息进行处理。由于光是一种高频电磁波，直接观测其相位的变化比较困难，因此使用干涉技术将相位差变换为光强的变化，观测起来就容易的多。通常利用基准反射面的参照光和观测物体反射的观测光产生的干涉，或者是参照光和通过观测物体后相位发生变化的光之间的干涉，就可以非接触地测量被测物体的距离以及物体的大小，形状等，其测量精度达到光的波长量级。因为光的波长非常短，所以测量精度相当高。 ◆激光雷达 激光雷达是用于向空中发射激光束，并对其散射信号光进行分析与处理，以获知空气中的悬浮分子的种类和数量以及距离，利用短脉冲激光，可以按时间序列观测每个脉冲所包含的信息，即可获得对象物质的三维空间分布及其移动速度、方向等方面的信息。如果使用皮秒级的脉冲激光，其空间分辨率可以达到 10cm以下。激光照射在物体上后，会发生散射，按照光子能量是否发生变化，散射分为弹性散射和非弹性散射两种类型。弹性散射又有瑞利散射和米氏散射之分。相对于激光波长而言，散射体的尺寸非常小时，称为瑞利散射；与激光波长相当的散射，称之为米氏散射。瑞利散射强度与照射激光波长的四次方成反比，所以，通过改变波长的测量方式就可以和米氏散射区别开。相应地，非弹性散射也有拉曼散射和布里渊散射两种。拉曼散射是指光遇到原子或分子发生散射时，由于散射体的固有振动以及回转能和能量的交换，致使散射光的频率发生变化的现象。拉曼散射所表现出的特征，因组成物质的分子结构的不同而不同，因此，将接收的散射光谱进行分光，通过光谱分析法可以很容易鉴定分子种类。所以，通过测量散射光，就可以测定空气中是否有乱气流（米氏散射），以及CO、NO等各种大气污染物的种类及数量（拉曼散射）。由此可见，激光雷达技术在解决环境问题方面占据着举足轻重的位置。
激光熔覆技术毕业设计(论文)
1. 引言 1.1 本课题的研究背景及意义 激光熔覆技术（Laser cladding technology）是指在被涂覆机体表面上，以不同的添料方式放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和机体表面薄层同时熔化，快速凝固后形成稀释度极低、与基体材料成冶金结合的涂层，从而显著改善机体材料表面耐磨、耐热、耐蚀、抗氧化等性能的工艺方法[1]。按涂层材料的添加方式不同，激光熔覆技术可分为预置法和同步送粉法，如图1所示。激光熔覆技术因具有应用灵活、耗能小，热输入量低、引起的热变形小，不需要后续加工或加工量小，减少公害等优点，近年来已在材料表面改性上受到高度重视[2]。特别是上个世纪80年代以来，该技术得到了很大进步和发展。激光熔覆的最终目的是改善材料的使用性能，使其更好地满足使用要求。与堆焊、热喷涂和等离子喷焊等表面改性技术相比，激光熔覆具有下述优点：（1）熔覆层晶粒细小，结构致密，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能亦更为优异；（2）熔覆层稀释率低,由于激光作用时间短，基材的熔化量小，对熔覆层的冲淡率低（一般仅为5％-8%），因此可在熔覆层较薄的情况下获得所要求的成分与性能，节约昂贵的覆层材；（3）激光熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高；（4）激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定，如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。由于激光熔覆的上述优点，它在航空、航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景，已成为当今材料领域研究和开发的热点。
图1.1 激光熔覆原理示意图 1.2 本课题国内外研究现状 激光熔覆技术的发展当然离不开激光器。目前，激光器主要有3种：CO2激光器、YAG 固体激光器和准分子激光器。国内外常用于激光熔敷的激光器主要有两种：一种是输出功率为0.5-10KW的CO2气体激光器，另一种是输出功率为500W左右的YAG固体激光器。其中工业上用来进行表面改性的多为CO2大功率激光器。近年来，华中科技大学、中国科学院、清华大学、西北工业大学等国内多家单位在激光熔覆设备及过程控制方面做了许多研究工作，如华中科技大学激光加工国家工程研究中心已相继成功研制出500 - 10000W大功率CO2气体激光器、100-500W固体激光器等系列激光产品，中科院则开发出集成化激光智能加工系统，清华大学激光加工研究中心已研制出各种规格的同轴送粉喷嘴和自动送粉器等。在激光熔覆技术上，国内的研究主要表现在以下几个方面：1.激光熔覆同轴送粉器以及利用CCD红外检测激光熔覆温度场，如天津工业大学杨洗尘教授[3]；2.激光熔覆制备耐磨涂层[4]；3.激光熔覆工艺参数的研究；4.激光熔覆过程中添加某重金属元素对特定合金组织的影响[5]；5.扫描速度对熔覆层硬度和厚度的影响[6]；6.激光熔覆制备金属基复合涂层以提高机械性能[7]；7.Mg表面熔敷不同金属材料涂层的机械性能[8]；国外的研究状况：国外对激光熔覆技术的研究其实与上世纪80年代，比我国早十年左右，国外的研究主要集中在欧洲、北美和亚洲。欧洲的主要研究内容包括：1.对激光熔覆过程的基础研究与理解，如葡萄牙先进技术研究所和英国利物浦大学，如图2；2.激光熔覆制备金属基复合涂层以提高机械性能[9]；3.激光熔覆恢复零件和工具性能[10]；4.激光熔覆过程显微裂纹和残余
激光测量技术总结
激光测量技术 第一章 激光原理与技术 1、简并度：同一能级对应的不同的电子运动状态的数目； 简并能级：电子可以有两个或两个以上的不同运动状态具有相同的能级，这样的能级叫 简并能级 2、泵浦方式：光泵浦，电泵浦，化学泵浦，热泵浦 3、激光产生三要素：泵浦，增益介质，谐振腔 阀值条件:光在谐振腔来回往返一次所获得光增益必须大于或者等于所遭受的各种 损耗之和. 4、He-Ne 激光器的三种结构：【主要结构：激光管（放电管，电极，光学谐振腔）+电源+光学元件】 1）内腔式；2）外腔式；3）半内腔式 5、激光器分类：1）工作波段：远红外、红外激光器；可见光激光器；紫外、真空紫外激光器；X 光激光器 2）运转方式：连续激光器；脉冲激光器；超短脉冲激光器 6、激光的基本物理性质：1）激光的方向性。不同类型激光器的方向性差别很大，与增益介质的方向性及均匀性、谐振腔的类型及腔长和激光器的工作状态有关。气体激光器的增益介质有良好的均匀性，且腔长大，方向性 ，最好！ 例1：对于直径3mm 腔镜的632.8nmHe-Ne 激光器输出光束，近衍射极限光束发散角为 2）激光的高亮度。 3）单色性。激光的频率受以下条件影响：能级分裂；腔长变化←泵浦、温度、振 动 4）相干性：时间相干性(同地异时)：同一光源的光经过不同的路径到达同一位置， 尚能发生干涉，其经过的时间差τc 称为相干时间。相干长度： 例 : He-Ne laser 的线宽和波长比值为10-7求Michelson 干涉仪的最大测量长度是 多少？ 解： ，最大测量长度为Lmax=Lc/2=3.164m 。 空间相干性（同时异地）：同一时间，由空间不同的点发出的光波的相 干性。 7、相邻两个纵模频率的间隔为 谐振腔的作用：（1）提供正反馈；（2）选择激光的方向性；（3）提高激光的单色性。 例 设He-Ne 激光器腔长L 分别为0.30m 、1.0m,气体折射率n~1,试求纵模频率间隔各为多 少? 8、激光的横模：光场在横向不同的稳定分布，激光模式一般用TEMmnq 表示 原因：激活介质的不均匀性，或谐振腔内插入元件（如布儒斯特窗）破坏了腔的旋转对称性。激光横模形成的主要因素是谐振腔两端反射镜的衍射作用,光束不再是平行光，光强也改变为非均匀的。 λ λν?=?=?=//2c t c L c 1 =?c ντm L c 328.6/2=?=λλrad d 4102/22.1-?≈≈λθnL C 2=?νHz 105.10.1121031.0m,Hz 1053 .012103,m 30.0288288 1?=???=?=?=???=?==?νννL L nL c
激光表面处理技术在汽车工业中的应用
第25卷增 刊 辽宁工程技术大学学报 2006年6月V ol.25 Suppl. Journal of Liaoning Technical University Jun. 2006 收稿日期：2006-03-12 文章编号：1008-0562(2006)增刊1-0231-03 激光表面处理技术在汽车工业中的应用 迟彩芬 （辽宁工程技术大学 职业技术学院，辽宁 阜新123000） 摘 要：结合激光表面处理技术在汽车零部件表面强化中应用的大量实例，从激光表面处理技术的基本原理和工作特点出发，对其 进行总结和分类。并论述目前激光表面处理技术在国内外汽车工业中的研究、开发和应用，为进一步提高国产发动机的使用寿命提供了一个有效的途径。最后探讨了激光表面处理技术在未来工业中应用的发展趋势和广阔前景。 关键词：激光；表面处理；汽车 中图分类号： TH161 文献标识码： A Application of laser surface treatment technology in automobile industry CHI Cai-fen (Vocational of Liaoning Technical University, Finxin 123000,China) Abstract ：In the paper , in accordance with the numerous applied examples of laser surface treatment technology in surface intensifying of automobile and the spare parts fundamental principles and operating characteristics of the technology, the laser surface treatment techniques are summarized including research, exploitation,application and classification at present, supplying an effective way of further improving life of domestic engine . At last the paper discusses development tendency and prospect of application in future industry. Key words ；laser ；surface treatment ；automobile 0 引 言 激光加工是20世纪60年代初期兴起的一项新技术 ，此后逐步应用于汽车、航空、机械、电子等行业，其中尤以汽车行业的应用发展速度最快。在汽车业中的广泛使用又推动了激光加工技术的工业化[1]。70年代美国进行了两大研究 ，这就是福特汽车公司进行的车身钢板的激光焊接和通用 汽车公司进行的动力转向变速箱内表面的激光淬 火。这两项研究推动了以后的汽车制造业中的激光 加工技术的发展。 1 激光加工技术分类及特点 汽车业中的激光加工机主要有两类[2] :CO 2激光加工机和YAG 激光加工机。CO 2激光加工机的主要用途是切割、焊接、表面处理、打孔等，YAG 激光加工机主要用途是打标，但随着大功率YAG 激光器的商品化 ，也用于焊接和切割。与传统方法相比，激光加工具有下列特点：（1）应用范围广，几乎应用于所有的加工工艺；（2）加工面大，几乎可加工从金属到非金属所有的材料，还特别适合加工极硬、极脆、极薄和熔点极高的难加工材料；（3）加工区小，热变形很小，加工质量高；（4）效率高，材料省，污染少，噪音低，劳动强度低；（5）加工 设备成套化、系列化、多功能 ，具有很大灵活性；装备计算机数控系统，可进行二维或三维的立体加工，具有很高的加工精度。 2 激光表面处理技术的应用概况 材料的激光表面处理技术是近几年来发展起来的新技术，可实现在普通材料表面产生高性能的新材料层，在实践中显示出独特的优越性。当前，激光表面处理在工业生产中已得到广泛应用。美国通用汽车公司用15台大功率激光器组成了汽车零部件的热处理加工生产线；日本丰田公司自20世纪 80年代中后期起，相继建立了数条汽车发动机排气门密封面激光熔覆生产线，日产气门50~80万只；近年，日本三菱公司建立了两条发动机缸头激光熔覆铜基合金生产线，显著提高了使用寿命。 我国虽然在此领域仍处于初级阶段，但已有成功的先例。热点都集中在“表面”的研究上，既改变普通材料表面层的性能或者产生新的表面层。这种在普通材料表面上进行处理的方法简单而且经济易行。而激光正是实现这一目的的有效途径。随
激光的发明及广泛应用讲解
激光的发明及广泛应用摘要：激光器的发明是20世纪科学技术有划时代意义的一项成就。从近代一开始，激光理论、激光器件、激光应用各方面的研究广泛开展，各种激光器如雨后春笋一般涌现。几十年来，激光科学成果累累，已成为影响人类社会文明的又一重要因素。 关键字：受激辐射粒子数反转放大器 1960年5月16日，世界上第一个激光器——红宝石激光器发出了一束神奇的光，它的名字叫“激光”。最初中文的名称叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译。LASER是英文“受激辐射的光放大”的缩写。 什么叫做“受激辐射”？他基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。 普朗克的能量子假说和爱因斯坦的光量子理论为量子电子学的发展奠定了基础。特别是爱因斯坦1916年对辐射
理论的分析，为激光提供了理论基础。 而美国马萨诸塞州坎布里奇的麻省理工学院的汤斯（CharlesH．Townes，1915—）也为此做出了不可磨灭的贡献。他研究的是微波和分子之间的相互作用。他计算出把分子束系统的高能态与低能态分开，并使之馈入腔中的条件。他还考虑到腔中应充有电磁辐射以便激发分子进一步辐射，从而提供了反馈，保持持续振荡。 这时拍赛尔和庞德在哈佛大学已经实现了粒子数反转，不过信号太弱，人们无法加以利用。当时人们已经认识到，粒子数反转是放大的必要条件。汤斯认为是粒子没有办法放大。他一直在苦思这个问题。他设想如果将介质置于诸振腔内，利用振荡和反馈，也许可以放大。汤斯很熟悉无线电工程，所以别人没有想到的，他先想到了。 汤斯开始按他的新方案进行工作。这个组的成员有博士后齐格尔（H．J．Zeiger）和博士生戈登（J．P．Gordon）。后来齐格尔离开哥伦比亚，由中国学生王天眷接替。汤斯选择氨分子作为激活介质。这是因为他从理论上预见到，氨分子的锥形结构中有一对能级可以实现受激辐射，跃迁频率为23870 MHz。氨分子还有一个特性，就是在电场作用下，可以感应产生电偶极矩。氨的分子光谱早在1934年即有人用微波方法作出了透彻研究。1946年又有人对其精细结构作了观察，这都为汤斯的工作奠定了基础。
激光表面表面处理技术及进展
激光表面表面处理技术及进展 摘要：激光具有巨大的技术潜力，在冶金和材料加工中发展迅速，应用广泛。激光表面处理由于其对工业和生产作出了巨大贡献，已成为飞速成长的重要加工技术领域。本文较系统地介绍了国内外激光表面处理技术的研究与应用近况，指出了这项技术今后需解决的问题。 关键字：激光；表面处理；进展 0 前言 激光的出现时近代物理学的一个重大进展。第一台激光器于60年代初问世，对激光表面热处理工艺的研究早在激光器诞生后不久就已经开始，但直到60年代末、70年代初才在热处理生产中获得应用。 激光在金属热处理方面取得成功，标志此技术的应用进人了新灼阶段。随着大功率激光器的研制成功与不断完善，这一新工艺用于汽车转向器表面处理的生产线[1]。国内经过“六五”计划的联合攻关，已在汽缸套等零部件的表面热处理上获得成功，取得了一批科研成果。随之而发展的表面涂覆(cladding)，表面上釉(Glazing)及表面合金化(SurfaeeAlloing)等工艺[2]也取得了相当大的进展。与上述工艺相比较，激光表面热处理是当前比较成熟、应用比较广泛的工艺。 1 激光表面处理技术的特点[3] 1)通过选择激光波长调节激光功率等手段，能灵活地对复杂 形状工件或工件局部部位实施非接触性急热、急冷。该技术易控制处理范围，热影响区小，工件产生的残余应力及变形很小。 2)可在大气、真空及各种气氛中处理，制约条件少，且不造成 化学污染。 3)通常，激光表面处理的改性效果比普通处理方法更显著 4)激光束能量集中，密度大，速度快，效率高，成本低。 5)可缩短工艺流程，处理过程中工件可以运动，故特别适合组织自动化处理线。 6)激光束便于通过导光系统准确地输人与定位，亦能导向多个工作台，可大大提高激光的使用率和处理的效率。 7)激光表面处理尤其适用于大批量处理生产线，其成本比传统的表面热处理低。 2 激光表面相变应化(LTH) 不论激光束是如户J产生的，激光束仅是一加热金属的热源，金属经激光热处理后，一般不出现异常的治全变化。相变硬化是一种儿乎无尺寸变化而能达到冶金相变的加工技术。利用激光束可以选择小面积加热和对需要部位硬化。实现激光相变硬化有三个基本条件仁:第一，金属硬化
激光共聚焦显微镜技术1讲解
激光共聚焦显微镜技术 The techniques and applications of Confocal Laser Scanning Microscopy 激光共聚焦显微镜(LSCM)的发展简史 1957年，Marvin Minsky提出了共聚焦显微镜技术的某些基本原理，获得了美国的专利。1978年，阿姆斯特丹大学的G.J.Brakenhoff首次展示了改善了分辨率的共焦显微镜。 1985年，Wijnaendtsvan Resandt推出了第一台对荧光标记的材料进行光切的共焦显微镜 激光共聚焦显微镜(LSCM)的发展简史 ?80年代末，各家公司都推出了商品化的共焦显微镜,英国的Bio-Rad公司的MRC系列，德国Leica公司的TCS系列，Zeiss公司的LSM系列等。 ?近二十年来，从滤片型到光谱型，人们对共焦高分辨率，采集图像快速，技术的改进及应用开发不断进行，出现了很多新的技术。如双光子，FCS,FLIM ,STED等。 共焦显微镜的优点 人眼分辨率：0.2mm 光学显微镜分辨率：0.25μm 电子显微镜分辨率：0.2nm 共焦显微镜分辨率：μm 共焦显微镜的优点 ?电子显微镜的缺陷： 1.只能观察固定样品 2.样品制备过程（固定、包埋、切片）造成的假象 ?荧光显微镜的缺陷: 1.可以观察活细胞或组织，但细胞或组织内结构高度重叠。 2.荧光具有强散射性，造成图像实际清晰度的大大下降。 3.荧光漂白很快，使荧光图像的拍照有困难。 4.如果荧光滤片选配不当，多荧光标记样品图像的采集很困难，且很难抑制光谱交叉。 共焦显微镜的优点 ?共焦显微镜与传统显微镜的区别 1.抑制图像的模糊，获得清晰的图像 激光扫描共焦显微镜技术 ?共焦显微镜与传统显微镜的区别
激光器的种类及性能参数总结
激光器的种类及性能参数总结 半导体激光器——用半导体材料作为工作物质的一类激光器 中文名称： 半导体激光器 英文名称： semiconductor laser 定义1： 用一定的半导体材料作为工作物质来产生激光的器件。 所属学科： 测绘学（一级学科）；测绘仪器（二级学科） 定义2： 以半导体材料为工作物质的激光器。 所属学科： 机械工程（一级学科）；光学仪器（二级学科）；激光器件和激光设备-激光器名称（三级学科） 定义3： 一种利用半导体材料PN结制造的激光器。 所属学科： 通信科技（一级学科）；光纤传输与接入（二级学科） 半导体激光器的常用参数可分为：波长、阈值电流Ith 、工作电流Iop 、垂直发散角θ⊥、水平发散角θ∥、监控电流Im 。 （1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、激光二极管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。 （2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。 （3）工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。 （4）垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15?~40?左右。 （5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6?~ 10?左右。 （6）监控电流Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。 工业激光设备上用的半导体激光器一般为1064nm、532nm、808nm，功率从几瓦到几千瓦不等。一般在激光打标机上使用的是1064nm的，而532nm的则是绿激光。 准分子激光器——以准分子为工作物质的一类气体激光器件。 中文名称： 准分子激光器 英文名称： excimer laser 定义：
激光焊接基本原理讲解-共14页
一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接
激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。
激光熔覆技术分析与展望讲解
激光熔覆技术分析与展望 作者：张庆茂激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。为推动激光熔覆技术的产业化， 作者：张庆茂 激光熔覆是一种新型的涂层技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。目前，激光熔覆技术已成为新材料制备、金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，已广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。 为推动激光熔覆技术的产业化，世界各国的研究人员针对激光熔覆涉及到的关键技术进行了系统的研究，已取得了重大的进展。国内外有大量的研究和会议论文、专利介绍激光熔覆技术及其最新的应用：包括激光熔覆设备、材料、工艺、监测与控制、质量检测、过程的模拟与仿真等研究内容。但到目前为止，激光熔覆技术还不能大面积工业化应用。分析其原因，这里有政府导向的因素、激光熔覆技术本身成熟程度的限制、社会各界对激光熔覆技术的认可程度等因素。因此，激光熔覆技术欲实现全面的工业化应用，必须加大宣传力度，以市场需求为导向，重点突破制约发展的关键因素，解决工程应用中涉及到的关键技术，相信在不远的将来，激光熔覆技术的应用领域及其强度将不断的扩大。下面介绍激光熔覆技术几个发展的动态，以飨读者。 激光熔覆的优势 激光束的聚焦功率密度可达1010~12W/cm2，作用于材料能获得高达1012K/s的冷却速度，这种综合特性不仅为材料科学新学科的生长提供了强有力的基础，同时也为新型材料或新型功能表面的实现提供了一种前所未有的工具。激光熔覆所创造的熔体在高温度梯度下远离平衡态的快速冷却条件，使凝固组织中形成大量过饱和固溶体、介稳相甚至新相，已经被大量研究所证实。它提供了制造功能梯度原位自生颗粒增强复合层全新的热力学和动力学条件。同时激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零部件的修复与再制造、金属零部件的直接制造的重要基础，受到世界各国科学界和企业的高度重视和多方面的研究。 目前，利用激光熔覆技术可以制备铁基、镍基、钴基、铝基、
激光治疗仪讲解
激光是 20世纪人类伟大发明之一,并且广泛应用在很多领域。低强度激光照射治疗的临床价值国内外已经肯定。文献检索发现主要应用在治疗脑部疾病、心血管疾病、糖尿病、恶性肿瘤、白血病、精神科疾病、银屑病、鼻炎等症。根据健康医学发现,低强度激光在心脑血管病发病前期预防及发病后的恢复期都具有较好的疗效, 对于健康及抑制人体衰老具有一定的作用。 激光治疗仪通过特定强度的激光照射, 人体组织会产生一系列的应答反应, 同时引起广泛的生物学效应,改变血液流变学性质,降低全血粘度及血小板凝集能力;促进 ATP 酶的生成, 增加红细胞的变形能力、流动性; 同时提高红细胞携氧能力,以及增强组织对氧的利用;促进机体的代谢机能,改善微循环,降低体内中分子物质,增强体内超氧化物 (SOD的活性,这样可以很好的净化血液,清除血液中的毒素、自由基;分解、消溶、清除血栓和动脉硬化斑块,调节机体免疫力。从根本上康复心脑血管疾病。 激光鼻腔照射血液疗法治疗心脑血管疾病有五大特殊作用:迅速清除血液中的毒素 PAF (自由基 ,改善血液质量;分解、消溶、清除血栓和动脉硬化斑块,在短时间内疏通血管;迅速降血脂与血粘。激光鼻腔照射血液疗法可在一个月之内使高血脂病人的胆固醇、低密度脂蛋白等恢复正常,甘油三酯降到正常或接近正常,而不必控制饮食;软化血管,持久降压:激光鼻腔照射血液疗法通过调整红细胞比积, 刺激新生细胞增多, 增强红细胞携氧、释氧能力,改善红细胞性能,调整白细胞和血小板功能,减少低密度脂蛋白,纠正酸血症, 增加免疫力,全面增加血液有益因子,减少有害因子,使血液年轻化, 这是持久降压降低血粘度的安全疗法。 编辑本段激光治疗仪种类 高血脂治疗仪 高血脂治疗仪通过特定强度的激光照射, 人体组织会产生一系列的应答反应, 同时引起广泛的生物学效应,改变血液流变学性质,降低全血粘度及血小板凝集能力;促进 ATP 酶的生成,增加红细胞的变形能力、流动性;同时提高红细胞携氧能力, 以及增强组织对氧的利用;促进机体的代谢机能,改善微循环,降低体内中分子物质,增
激光实验报告讲解
激光实验报告 He-Ne 激光器模式分析 一．实验目的与要求 目的：使学生了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解；通过测 试分析，掌握模式分析的基本方法。对本实验使用的重要分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理，性能，学会正确使用。 要求：用共焦球面扫描干涉仪测量He-Ne 激光器的相邻纵横模间隔，判别高阶 横模的阶次；观察激光器的频率漂移记跳模现象，了解其影响因素；观察激光器输出的横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。 二．实验原理 1.激光模式的一般分析 由光学谐振腔理论可以知道，稳定腔的输出频率特性为： L C V mnq η2= [1q (m 2n 1)+++π]cos -1[(1—1 R L )(1—2R L )]1/2 (17) 其中：L —谐振腔长度； R 1、R 2—两球面反射镜的曲率半径； q —纵横序数； m 、n —横模序数； η—腔内介质的折射率。 横模不同（m 、n 不同），对应不同的横向光场分布（垂直于光轴方向），即有不同的光斑花样。但对于复杂的横模，目测则很困难。精确的方法是借助于仪器测量，本实验就是利用共焦扫描干涉仪来分析激光器输出的横模结构。 由（17）式看出，对于同一纵模序数，不同横模之间的频差为： )(12' ':n m L C n m mn ??πηυ?+= cos -1[（1－1R L ）(1－2 R L )]1/2 （18） 其中：Δm=m －m ′；Δn=n －n ′。对于相同的横模，不同纵模间的频差为 q L C q q ?ηυ?2':= 其中：Δq=q －q ′，相邻两纵模的频差为
L C q ηυ?2= （19） 由（18）、（19）式看出，稳定球面腔有如图2—1的频谱。 （18）式除以（19）式得 cos )(1'':n m n m mn q ??πν??+=-1[(1－1R L )(1－2 R L )]1/2 （20） 设：q n m mn υ?υ??'':= ； S= π 1 cos -1[(1－)]1)(21R L R L -1/2 Δ表示不同的两横模（比如υ00与υ 10）之间的频差与相邻两纵模之间的频差之 比，于是（20）式可简写作： S n m ? = ?+?)( （21） 只要我们能测出Δ，并通过产品说明书了解到L 、R 1、R 2（这些数据生产厂家常给出），那么就可以由（21）式求出（Δm +Δn ）。如果我们选取m=n=0作为基准，那么便可以判断出横模序数m 、n 。例如，我们通过测量和计算求得（Δm +Δn ）=2，那么，激光器可能工作于υ00、υ10、υ01、υ11、υ20、υ02。 2. 共焦球面扫描干涉仪的基本工作原理 共焦球面扫描干涉仪由两块镀有高反射率的凹面镜构成，如图2—2。反射镜的曲率半径R 1=R 2=L 。 图 2-2
激光熔覆_图文讲解
一、激光熔覆的原理 激光溶覆是利用高能激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，构成一种新的复合材料，以弥补基体所缺少的高性能。能充分发挥二者的优势，克服彼此的不足。 可以根据工件的工况要求，熔覆各种（设计）成分的金属或非金属，制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面覆层。通过激光熔覆，可在低熔点材料上熔覆一层高熔点的合金，亦可使非相变材料 （AI 、Cu 、Ni 等）和非金属材料的表面得到强化。 在工件表面制备覆层以改善表面性能的方法很多，在工业中应用较多的是堆焊、热喷涂和等离子喷焊等，与上述表面强化技术相比，激光熔覆具 有下述优点： （1 ）熔覆层晶粒细小，结构致密，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能 亦更为优异。 （2 ）熔覆层稀释率低，由于激光作用时间短，基材的熔化量小，对熔覆层的冲淡率低（一般仅为 5％-8%），因此可在熔覆层较薄的情况下，获得所要求的 成分与性能，节约昂贵的覆层材料。 （3 ）激光熔覆热影响区小，工件变形小，熔覆成品率高。 （4 ）激光熔覆过程易实现自动化生产，覆层质量稳定，如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节，这在其他工艺中是难以实现的。 由于激光熔覆的上述优点，它在航空、航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景，已成为当今材料领域研究和开发的热点。 激光熔覆技术应用过程中的关键问题之一是熔覆层的开裂问题，
尤其是大工件的熔覆层，裂缝几乎难以避免，为此，研究者们除了改进设备，探索合适工艺，还在研制适合激光熔覆工艺特点的熔覆用合金粉末和其他熔覆材 料。 二、激光熔覆工艺方法 激光熔覆工艺方法有两种类型： 1、二步法（预置法） 该法是在激光熔覆处理前，先将熔覆材料置于工作表面，然后采用激光将其熔化，冷凝后形成熔覆层。预置熔覆材料的方式包括： （1 ）预置涂覆层：通常是应用手工涂敷，最为经济、方便、它是用粘结剂将熔覆用粉末调成糊状置于工件表面，干燥后再进行激光熔覆处理。但此法生产效率低，熔覆厚度不一致，不宜用于大批量生产。 （2 ）预置片：将熔覆材料的粉末加入少量粘结剂模压成片，置于工件需熔覆部位，再进行激光处理。此法粉末利用率高，且质量稳定，适宜于一些深孔零件，如小口径阀体，采用此法处理能获得高质量涂层。 2、一步法（同步法） 这是在激光束辐照工件的同时向激光作用区送熔覆材料的工艺， 它又有两种方/法。 同步送粉法：使用专用喷射送粉装置（见图）将单种或混合粉末送入熔池，控制粉末送入量和激光扫描速度即可调整熔覆层的厚度。由于松散的粉末对激光的吸收率大，热效率高，可获得比其他方法更厚的熔覆层，容易 实现自动化。国外实际生产中采用较多。 同步送丝法：此法工艺原理虽与同步送粉法相同，但熔覆材料是预先加工成丝材或使用填充丝材。此法便利且不浪费材料，更易保证熔覆层的成分均匀性，尤其是当熔覆层是复合材料时，不会因粉末比重或粒度大小的不同而影响覆层质量，且通过对丝材进行预热的精细处理可提高熔覆速率。但是丝材表面光滑，对激光的反射较强，激光利用率相时较低；此外，线材制造过程较 复杂，且品种规格少。
激光熔覆技术的发展现状
激光熔覆技术的发展现状 激光熔覆技术是—种涉及光、机、电、计算机、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术。它由上个世纪60年代提出，并于1976年诞生了第一项论述高能激光熔覆的专利。激光熔覆技术得到了迅速的发展，近年来结合CAD技术兴起的快速原型加工技术，为激光熔覆技术又添了新的活力。 目前已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰口铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊合金表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度，热稳定性好，化学稳定性高，适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。在滑动磨损、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下，纯的镍基、钴基和铁基合金粉末已经满足不了使用工况的要求，因此在合金表面激光熔覆金属陶瓷复合涂层已经成为国内外学者研究的热点，目前已经进行了钢、钛合金及铝合金表面激光熔覆多种陶瓷或金属陶瓷涂层的研究。 激光熔覆存在的问题 评价激光熔覆层质量的优劣，主要从两个方面来考虑。 一是宏观上，考察熔覆道形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率等；二是微观上，考察是否形成良好的组织，能否提供所要求的性能。此外，还应测定表面熔覆层化学元素的种类和分布，注意分析过渡层的情况是否为冶金结合，必要时要进行质量寿命检测。 目前研究工作的重点是熔覆设备的研制与开发、熔池动力学、合金成分的设计、裂纹的形成、扩展和控制方法、以及熔覆层与基体之间的结合力等。 目前激光熔敷技术进一步应用面临的主要问题是： ①激光熔覆技术在国内尚未完全实现产业化的主要原因是熔覆层质量的不稳定性。激光熔覆过程中，加热和冷却的速度极快，最高速度可达1012℃/s.由于熔覆层和基体材料的温度梯度和热膨胀系数的差异，可能在熔覆层中产生多种缺陷，主要包括气孔、裂纹、变形和表面不平度 ②光熔敷过程的检测和实施自动化控制。 ③激光熔覆层的开裂敏感性， 仍然是困扰国内外研究者的一个难题，也是工程应用及产业化的障碍. 目前，虽然已经对裂纹的形成扩进行了研究，但控制方法方面还不成熟。 激光熔覆技术的应用和发展前景展望进入20世纪80年代以来，激光熔敷技术得到了迅速的发展，目前已成为国内外激光表面改性研究的热点。激光熔敷技术具有很大的技术经济效益，广泛应用于机械制造与维修、汽车制造、纺织机械、航海与航天和石油化工等领域。目前激光熔覆技术已经取得一定的成果，正处于逐步走向工业化应用的起步阶段。今后的发展前景主要有以下几个方面： （1）激光熔覆的基础理论研究。 （2）熔覆材料的设计与开发。 （3）激光熔覆设备的改进与研制。