淺談激光加工技術(shù)在模具制造中的應用(16頁)

1、霸戚務松客范Huanggang Polytechnic College黃岡職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文課題名稱：淺談激光加工技術(shù)在模具制造中的應用系別 機電工程系專業(yè)模具設(shè)計與制造班 級模具200704班姓名 陳新學號200703071418指導教師秦訓鵬黃常翼目錄引言 51 模具加工用激光器 51.1 固體激光器（Nd:YAG激光器） 51.1.1 固體激光器的基本結(jié)構(gòu) 51.1.2 固體激光器的特點 61.2 氣體激光器（CO激光器）62 模具激光制造 62.1 激光間接成模工藝 62.1.1 立體光造形工藝 62.1.2 薄層疊片制造工藝 72.1.3 選擇性激光燒結(jié)工藝 92.2 激光直接成模

2、工藝 102.2.1 選擇性激光熔化技術(shù) 102.2.2 激光工程化凈成形技術(shù) 103 模具表面激光改性 113.1 激光相變硬化 113.1.1 激光相變硬化原理 113.1.2 模具激光相變硬化影響因素 113.1.3 激光相變硬化特點 123.2 激光沖擊強化 123.2.1 激光沖擊強化處理的表面改性作用 133.2.2 激光沖擊強化的特點 133.3 激光熔覆 133.3.1 激光熔覆的分類 133.3.2 激光熔覆特點 143.4 激光合金化 144 模具激光修復 144.1 激光熔覆模具修復 154.2 激光沉積焊接模具修復 155 模具激光清洗 15總結(jié) 15參考文獻 16摘要

3、激光加工技術(shù)能有效地利用激光的優(yōu)越性，正在改變著以往模具制造的加工和生產(chǎn)方式，使生產(chǎn)效率大幅度提高，是機加工在模具制造中最有競爭力的一種替代手段。激光加工技術(shù)的應用是個系統(tǒng)工程，它既包括硬件（如激光器、加工機床、導光聚焦系統(tǒng)等） ， 也包括軟件（如不同工藝的最佳工藝參數(shù)等）， 同時還包括激光與物質(zhì)間相互作用機理。激光器的種類繁多，但目前, 適用于在模具制造中的工業(yè)激光器主要有兩大類：固體激光器和氣體激光器。文中將要分析的就是這兩種激光器在模具制造中的模具激光制造、模具表面激光強化和替代、模具激光修復、模具激光清洗等方面的應用。模具激光制造有激光間接成模工藝和激光直接成模工藝兩種。模具表面激光強

4、化和替代主要有激光相變硬化、激光沖擊強化、激光合金化和激光熔覆。模具激光修復有激光熔覆模具修復和激光沉積焊接模具修復這兩種主要修復方法。模具激光清洗主要是應用高能激光脈沖去除模具在使用過程中產(chǎn)生的表面污物。關(guān)鍵詞：激光器模具激光制造模具表面激光改性模具激光修復模具激光清洗引言隨著科學技術(shù)的發(fā)展和模具工業(yè)的迅速發(fā)展，人們需不斷地采用現(xiàn)代科學技術(shù)成果武裝自己，以滿足日新月異的產(chǎn)品的加工要求。因此在傳統(tǒng)模具加工的基礎(chǔ)上.涌現(xiàn)出許多新的分支.激光技術(shù)就是其中之一。在傳統(tǒng)的模具設(shè)at制造系統(tǒng)中，需要大量的模具設(shè)計、制造和調(diào)試等工作，成本高，周期長，已不能適應日新月異的市場變化。而激光以高強度、高方向性、

5、高單向性、高相干性的 特點使激光加工技術(shù)在模具設(shè)計制造中得到了很好的應用，彌補了傳統(tǒng)模具設(shè)計制造中的不足。1模具加工用激光器目前，用于模具加工技術(shù)中的工業(yè)激光器主要有兩大類：固體激光器和氣體激光器。其 中，固體激光器以Nd:YAG激光器為代表；而氣體激光器則以CO激光器為代表。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，目前人們也開始在某些加工應用場合使用大功率光纖激光器和大功率半導體激光 器。1.1 固體激光器（Nd:YAG激光器）1.1.1 固體激光器的基本結(jié)構(gòu)固體激光器由工作物質(zhì)、泵浦源、聚光腔、光學諧振腔、冷卻系統(tǒng)、激光電源等組成,產(chǎn)生激光。固體激光主要采用光泵浦，工作物質(zhì)中的激活離子吸收光能，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

6、, 器各部分的結(jié)構(gòu)如圖1所示隔沖M燈油發(fā)電窗"Swt 電蜥 F 一：圳寸沖414Hs ；圖1固體激光器的基本結(jié)構(gòu)摻鉉鈕鋁石榴石激光器簡稱為 Nd:YAG激光器，是目前應用最廣泛的一種激光離子于基 質(zhì)晶體組合的固體激光器。工作物質(zhì) Nd:YAG晶體具有優(yōu)良的物質(zhì)、化學性能，激光性能及 熱血性能，可以制成連續(xù)和高重復頻率器件。1.1.2 固體激光器的特點優(yōu)點：（1）輸出的激光波長 1064nm,是CO激光波長10600nm的1/10.波長較短，對聚集、 光纖傳輸和金屬表面吸收等有利，因此與金屬的耦合效率高，加工性能良好（一臺800w的YAG敷光器的有效功率相當于一臺3kw的CO激光器功率

7、）。（2） YAG激光器可以在連續(xù)和脈沖兩種狀態(tài)下工作，脈沖輸出加調(diào)Q和鎖模技術(shù)可以得到短脈沖和超短脈沖，峰值功率很高，使其加工范圍比CO2 激光器更大。（3） 3） YAG 激光器能與光纖耦合，借助時間分割和功率分割多路系統(tǒng)可以方便地將一束激光傳輸給多個工位和遠距離工位，便于激光加工實現(xiàn)柔性化。（4） YAG敷光器結(jié)構(gòu)緊湊， 特別是LD泵浦的全固態(tài)激光器， 小型化、全固化、長壽命、 工作物質(zhì)熱效應減小、使用簡便可靠，是目前YAG敷光器的主要研究和發(fā)展方向。缺點：轉(zhuǎn)換效率比CO激光器低約一個數(shù)量級，僅為百分之幾；工作過程中YAG$內(nèi)部存在溫度階度，因而會產(chǎn)生熱應力和熱透鏡效應，輸出功率光束質(zhì)量

8、受到影響；YAG敷光器的光束質(zhì)量較差，一般為多模運轉(zhuǎn)；每瓦輸出功率的成本費比CO激光器高。1.2氣體激光器（CO激光器）CO激光器是一種混合氣體激光器，以CO、Nk和He的混合氣體為工作物質(zhì)。激光躍遷發(fā)生在CO2 分子的電子基態(tài)的兩個振動- 轉(zhuǎn)動能級之間。N2 作用是提高激光上能級的激勵效率，He的作用是有助于激光下能級的抽空。后兩種的作用都是為兩增強激光的輸出。CO激光器轉(zhuǎn)換效率較高，同時激光器工作產(chǎn)生的熱量可以通過對流或擴散迅速傳遞到 激光增益區(qū)之外，其激光輸出平均功率可以做到很高的水平（萬瓦以上），滿足大功率激光 加工的要求。2 模具激光制造模具激光制造是以激光束作為熱源通過激光與被加工

9、材料之間的相互作用實現(xiàn)模型，用以制造三維模型的過程。內(nèi)容主要包括：激光間接成模工藝和激光直接成模工藝。2.1 激光間接成模工藝2.1.1 立體光造形工藝立體光造形又稱光敏樹脂法或光固成型，英文是Stereo Lithography Apparatus ，簡稱SLA該方法是最早發(fā)展起來的快速成型方法，1988年3D Systems公司最早推出了基于SLA的商品化快速成型機，它采用紫外激光器在計算機的控制下實現(xiàn)光敏樹脂的凝固成型。（ 1）基本原理立體光造形的快速成型機由計算機控制系統(tǒng)、CAD¥臺、激光器、導光系統(tǒng)、盛放液態(tài)樹脂的不銹鋼液槽以及精密升降臺組成。立體光造型的成模過程如圖 2所

10、示。液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，紫外激光器(氨一鎘激光器或僦離子激光器或三倍頻Nd:YVQ激光器)發(fā)出的紫外激光束在控制系統(tǒng)的控制下按零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進行逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光化學反應而固化，形成零件的一個薄層。 一層固化完畢后，工作臺下移一個層厚的距離，以使在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂，然后刮板將黏度較大的樹脂液面刮平，進行下一層的掃描加工， 新固化得一層牢固地黏結(jié)在前一層上，如此重復直至整個零件制造完畢，得到一個三維實體原型。當實體原型完成后，首先將實體取出，并將多余的樹脂排凈。去掉支撐后，再將實體原型放在紫外激光下整體后固化。打神解經(jīng)觀光器圖2

11、立體光造型工藝成型過程(2)技術(shù)特點優(yōu)點：成型過程自動化程度高； 尺寸精度高；表面質(zhì)量優(yōu)良；可以制作結(jié)構(gòu)十分復雜的 模型；可以直接制作面向熔模精密鑄造的具有中空結(jié)構(gòu)的消失模。缺點：成型過程中伴隨著物理和化學變化，所以制件較易彎曲，需要支撐，否則會引起制件變形；設(shè)備運轉(zhuǎn)及維護成本較高；可使用的材料種類較少；液態(tài)樹脂具有氣味和毒性， 并且需要避光保護， 并防止提前發(fā)生光化學反應，選擇時具有局限性； 需要二次固化；液態(tài)樹脂固化后的性能尚不如常用的工業(yè)塑料，一般較脆、易斷裂，不便進行機加工。2.1.2 薄層疊片制造工藝薄層疊片制造英文是 Laminated Object Manufacturing ,

12、簡稱LOM工藝采用薄片材料， 如紙、塑料薄膜等，由美國 Helisys公司于1986年研制成功。通過反復 CO2敷光器切割和 材料粘貼，得到分層制造的實體工件。LOM工藝的特點是適合制造大型工件，其精度達到0.1ms(1)成型原理如圖3所示為新加坡 Kinergy公司生產(chǎn)的ZIPPY型快速成型機。由圖可知：LOM快速成 型機主要包括激光切割系統(tǒng)、原材料的存儲及進給系統(tǒng)、熱粘壓系統(tǒng)、可升降工作臺和數(shù)控 系統(tǒng)以及計算機系統(tǒng)，另外，排除加工過程中產(chǎn)生的煙霧的排氣系統(tǒng)也是必不可少的輔助系統(tǒng)。圖3薄層疊片制造工藝激光快速成型機組成計算機用于接受和儲存工件的三維模型，將模型安高度方向分層，得到放層的輪廓線

13、，控制成型機協(xié)調(diào)工作。 原材料進給系統(tǒng)將帶有單面熱熔膠的紙張送至工作臺的上方，熱粘壓系統(tǒng)的熱壓輻將紙張與先前的紙張壓粘在一起。激光切割系統(tǒng)根據(jù)計算機給出的該層的輪廓線進行切割，并將無輪廓區(qū)切成小網(wǎng)格，以便成型后剝離廢料(圖4)。每切割完一層，升降臺下降一層，重新送紙，粘合和切割，至到所有的層加工完畢。激光束零件圖4薄層疊片制造中的交叉截面線(2)成型材料薄層疊片制造工藝使用的原材料包括薄層材料和熱熔膠兩部分。熱熔膠熱熔膠有以下幾方面的要求：良好的熱熔、冷固特性，要求在室溫下為固態(tài)，在加熱 到一定溫度時熔融；要有穩(wěn)定的物理化學特性；足夠的黏結(jié)強度；熔融狀態(tài)下與紙材有較好的涂掛性和均勻性。薄層材料

14、：紙材料、陶瓷材料、金屬材料。(3)成型精度影響LOM成型精度白原因：CAD模型前處理造成的誤差； 成型過程中誤差；成型后環(huán)境 變化引起的誤差；后處理不當造成的誤差。改進成型精度的措施：改善黏結(jié)壓應力和厚度分布的均勻性；改善因濕度和溫度引起的變形。(4)成型特點優(yōu)點：O原型精度較高，精度高的原因有：進行薄形材料選擇性切割成型時，在原材料中，只有較薄的一層粘結(jié)劑發(fā)生狀態(tài)變化，而主要的基底材料保持固態(tài)不變，因此翹曲變形較??；采用特殊的顆粒狀態(tài)涂黏結(jié)劑工藝制作的膠紙有較小的翹曲變形；激光切割速度與切割功率的自動匹配軟件控制，以及激光切口寬度的自動補償，精密數(shù)控系統(tǒng)等先進技術(shù)的采用，使工件在 X和丫方

15、向的精度可達土( 0.10.2 ) mm Z方向的精度可達土( 0.20.3 ) mm2因為無需對整個截面進行掃描，且不需考慮支撐，所以容易制作大尺寸的工作，速度快、效率高。制件能承受高達200攝氏度的溫度，有較高的硬度和較好的力學性能，可進 行各種切割加工。4無需后固化處理。5原材料價格便宜，制作成本低。缺點：O不適合具有封閉腔型Z構(gòu)件的制作。2工件(特別是薄壁件)的抗拉強度和 彈性不夠好。工件易吸濕膨脹，因此，成型后應盡快進行表面防潮處理。(4)工件表面有臺階紋，其高度等于材料的厚度(通常為0.1mm左右)，因此，成型后需進行表面打磨。薄層疊片制造工藝與其他工藝相比，具有制作效率高、速度快

16、、成本低等優(yōu)點，尤其 適合中、大型件的制作。2.1.3 選擇性激光燒結(jié)工藝選擇性激光燒結(jié)英文是 Selective Laser Sintering ,簡稱SLS工藝是利用粉末狀材 料成形的，由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的于1989年研制成功，通過用高強度的CO2激光器逐層有選擇地掃描燒結(jié)材料粉末而形成三維工件，SLS工藝最大的優(yōu)點在于選材較為廣泛。(1)基本原理XY偏轉(zhuǎn)4竟激死靠鋪粉輻 X軸 模型 活塞'F軸 送粉缸, 集粉缸圖5選擇性激光燒結(jié)工藝原理選擇性激光燒結(jié)的系統(tǒng)工作原理如圖5所示，整個工藝裝置由激光器、掃描偏轉(zhuǎn)鏡、粉末缸、模型缸和鋪粉系統(tǒng)等組成。工作時送粉缸活塞上升，由鋪粉輻

17、將粉末在模型缸活塞 上均勻鋪上以層，計算機根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡，有選擇地燒結(jié)固體粉末材料以形成零件的一個層面。在燒結(jié)之前，整個工作臺被加熱至稍低于粉末溶化溫度， 以減少熱變形，并利于與前一層面的結(jié)合。粉末完成一層后，模型缸活塞下降一個層厚，鋪粉系統(tǒng)鋪設(shè)新粉，控制激光束掃描燒結(jié)新層。如此循環(huán)往復，層層疊加，就得到三維零件。(2)成型特點優(yōu)點：材料適應性廣；直接制造金屬功能件；成型工藝比較簡單；精度較高；材料利用 率高。上述三種激光快速成形技術(shù)由于發(fā)展時間長, 技術(shù)相對比較成熟, 在國內(nèi)外都得到了較為廣泛的應用。但上述方法形成的三維工件都不能直接作為模具使用, 需要進行后續(xù)的

18、處理,所以稱之為激光間接成模工藝。主要的處理方法有：快速成形工件處理后用作模具。LOM制作的紙模經(jīng)表面處理直接代替砂型鑄造木模；或者用LOMtiJ作的紙模具經(jīng)表面處理直接用作低熔點合金鑄模、注塑模；或失蠟鑄造中蠟模的成形模。SLS 制作的工件經(jīng)滲銅后, 作為金屬模具使用。用快速成形件作母模澆注硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨脂等材料制作軟模具。用快速成形件翻制硬模具。一種是直接用LOM®作紙基模具，經(jīng)表面金屬電弧噴鍍和拋光后研成金屬模；另一種是金屬面硬背襯模具。上述硬模具可用于砂型鑄造、消失模的壓型制作、注塑模以及簡易非鋼質(zhì)拉伸模。用上述激光間接成模工藝制作模具, 既避開了復雜的機械切削加工,

19、 又可以保證模具的精度 , 還可以大大縮短制模時間、節(jié)省制模費用, 對于形狀復雜的精度模具, 其優(yōu)點尤為突出。但是 , 目前還存在著模具壽命相對較短的缺點, 所以上述激光間接成形模具較適合于小批量生產(chǎn)。2.2 激光直接成模工藝2.2.1 選擇性激光熔化技術(shù)選擇性激光熔化英文是Selective Laser Melting ,簡稱SLM選擇性激光熔化技術(shù)是在選擇性?敷光燒結(jié)（SLS）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。SLM的特點為：（1）使用高功率密度，小光斑的激光束加工金屬，使得金屬零件具有0.1 毫米的尺寸精度；（2）熔化金屬制造出來的零件具有冶金結(jié)合的實體，相對密度幾乎能達到100，大大改善了金屬零

20、件的性能；（3）由于激光光斑直徑很小，因此能以較低的功率熔化高熔點的金屬，使得用單一成分的金屬粉末來制造零件成為可能。2.2.2 激光工程化凈成形技術(shù)激光多層（或稱三維/ 立體）熔覆直接快速成形技術(shù)是在快速原型技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合同步送料激光熔覆技術(shù)所發(fā)展起來的一項高新制造技術(shù)，其實質(zhì)是計算機控制下的三維激光熔覆。 由于激光熔覆的快速凝固特征，所制造出的金屬零件具有均勻細密的枝晶組織和優(yōu)良的質(zhì)量， 其密度和性能與常規(guī)金屬零件相當。激光多層熔覆發(fā)展出了多種方法，其中最具代表性的是美國Sandia 國家實驗室（Sandia National Laboratories ）研發(fā)的稱作激光工程化凈成形技術(shù)英

21、文是 Laser Engineered Net Shaping ,簡稱LENS的金屬件快速成形技術(shù)。采用該方法已成功制造了不銹鋼，馬氏體時效鋼，鎳基高溫合金，工具鋼，鈦合金，磁性材料以及鎳鋁金屬間化合物工件，零件致密度達到近乎100%。選擇性激光熔化（SLM）技術(shù)和激光工程化凈成形（LENS）技術(shù)由于成形件致密性好，且具有冶金結(jié)合組織及精度高，制成的模具壽命長的特點，已得到了工業(yè)界和學術(shù)界的普遍重視，在國外已推出了多種設(shè)備樣機，有的甚至開始商品化了；而國內(nèi)目前的研究和應用還處于起步階段。另外，還有一種基于激光精細切割的金屬零件分層制造技術(shù)（ LOM ,具有可快速、低成本制造大型、復雜形狀的模具

22、的特點。日本中川威雄研究室早在80 年代就應用金屬薄板LOM術(shù)實現(xiàn)了金屬模具的分層快速制造。經(jīng)過發(fā)展，金屬薄板LOMK術(shù)已逐漸應用于諸如汽車等大型內(nèi)外飾件模具及具有復雜流道注塑模的制造。3 模具表面激光改性模具表面處理一直是機械加工領(lǐng)域中所重視的問題。隨著新技術(shù)新工藝的發(fā)展，有許多傳統(tǒng)的處理方式已不太適用。對形狀復雜的模具，最理想的表面處理方式是用激光進行，它幾乎不變形，表面硬度比常規(guī)處理方式的硬度高，并且更耐磨，使用壽命更長。3.1 激光相變硬化激光相硬化又稱激光淬火，是激光熱處理中研究最早、最多，進展最快，并且得到廣泛應用的一種工藝。激光相變硬化過程是復雜的快速加熱和冷卻過程。硬化層尺寸（

23、深度、寬度） 和性能參數(shù)（硬度、耐磨性）主要取決于激光器的工作方式、激光模式、激光功率、光斑尺寸、掃描 速度、掃描路徑、保護氣體等。3.1.1 激光相變硬化原理激光相變硬化以高功率密度（104W/cm105W/cm2）的激光作為熱源對材料表面進行快速加熱，使材料溫度快速升高（104 攝氏度 /s10 6 攝氏度 /s ）到相變溫度以上而又低于溶化溫度時發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變，在激光離開照射部位以后，通過材料自激冷卻作用進行淬火，是材料表層快速冷卻（106攝氏度/s10 8攝氏度 /s ）得到淬火組織。激光相變硬化能過獲得細晶馬氏體組織，位錯密度比常規(guī)加熱淬火顯著提高，硬度顯著提高， 位錯強化和固熔強化

24、是激光相變硬化的主要強化機制。激光淬火使材料表面的綜合性能得到很大改善，耐磨性顯著提高。激光相變硬化適應性強，可以對深孔、內(nèi)孔、盲孔和凹槽等部位進行局部處理。3.1.2 模具激光相變硬化影響因素如圖6所示給出了影響模具激光表面淬火的主要因素。激光淬火時熱應力會導致強化層斷裂、 模具變形或在模具內(nèi)部留有殘余應力，此時希望調(diào)整激光加工工藝參數(shù)減少熱應力以避免開裂、減少變形并控制熱變形為最小或得到適當?shù)臍堄鄩簯σ蕴岣吣＞叩哪推谛阅堋ｉ_展激光加工過程中熱應力、熱應變的行為及其變化規(guī)律的研究，對于加強控制手段、穩(wěn)定加工工藝、提高制品質(zhì)量和性能優(yōu)著重要意義。影響模具激光表面淬火的主要因素此率推U系 系

25、容率 賬熱導 K比熱金屬靶帕服點 抑件模數(shù) 地化指數(shù)圖6影響模具激光表面淬火的主要因素3.1.3 激光相變硬化特點優(yōu)點：強化效果好；能夠獲得極細的硬化層組織，而且淬硬層深度可以控制；變形??； 適應性廣泛且靈活；工藝周期短；對環(huán)境無污染。缺點：由于是表面局部硬化處理，工作芯部的性能沒有得到改善；硬化面積小，硬化 層較淺，一般在1mmA下，部適用于重負型工件；設(shè)備一次性投入費用以及維護費用偏高。3.2 激光沖擊強化激光沖擊強化是高功率密度、短脈沖的激光束與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的強沖擊波來改變材 料表面物理及機械性能的技術(shù)。在激光沖擊過程中，由于激光誘導產(chǎn)生的沖擊波峰值應力大 于材料的動態(tài)屈服應力， 從

26、而使材料產(chǎn)生密集、 均勻以及穩(wěn)定的位錯結(jié)構(gòu)， 使金屬表面發(fā)生 塑性變形，并形成較深殘余壓應力， 從而提高金屬零件的強度、耐磨性、耐腐蝕性和疲勞壽 命，如圖7 o圖7激光沖擊強化加工示意圖3.2.1 激光沖擊強化處理的表面改性作用（ 1 ）表面硬度金屬或合金的激光沖擊強化是重要的表面改善措施。激光沖擊加工會在整個激光輻照區(qū)域使金屬表面硬度提高。表面硬化的幅度取決于激光沖擊加工的參數(shù)、合金類型與金屬的顯微組織。（ 2）疲勞性能改善合金表面的疲勞性能是激光沖擊加工應用的另一重要方面。激光沖擊加工的有益作用源自表面壓縮應力和表面質(zhì)量。（ 3）其他性能激光表面沖擊強化液擴展至改善耐磨性能和耐腐蝕性能。研

27、究表明，激光沖擊加工產(chǎn)生的圍繞夾雜的純力學效應改善含鹽介質(zhì)中316L 不銹鋼的耐點蝕性能，亦使 100Cr6 工具鋼的磨損率下降。此外，2024-T351 鋁合金的疲勞開裂行為也因激光沖擊的加工硬化和殘余應力效應得到改善。3.2.2 激光沖擊強化的特點（1）優(yōu)點：沖擊壓力高，強化深度達到傳統(tǒng)的噴丸強化深度48倍；能夠加工傳統(tǒng)工藝不能處理的部位，如小槽、小孔以及輪廓線之類；激光沖擊強化后的金屬表面不產(chǎn)生畸變和機械損傷，無熱應力損傷，不會引起相變等。（ 2）缺點：火口的形成和隨之帶來的物理表面質(zhì)量的惡化。3.3 激光熔覆激光熔覆是一種新興的零件表面改性技術(shù)，又稱激光涂覆或激光熔覆。其實質(zhì)是將具有特

28、殊性能（如耐磨、耐腐蝕、耐疲勞、抗氧化等）的粉末預先噴涂在基材表面或者與激光束同步送粉，使其在高能密度（大于104W/cm2）的激光束作用下迅速熔化、擴展及快速凝固，在基材表面的都無裂紋氣孔的冶金結(jié)合層，從而形成與常規(guī)性能不同的優(yōu)異合金層的工藝技術(shù)。3.3.1 激光熔覆的分類根據(jù)熔覆材料的供給方式，激光熔覆可分為兩大類：預置式激光熔覆和同步送粉式激光熔覆。（ 1 ）預置式激光熔覆預置式激光熔覆是將熔覆材料預先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描使其熔化（如圖8）。熔覆材料以粉末、絲和板材的形式加入，其中以粉末的形式最為常用。 其主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理預置熔覆材料預熱處理激

29、光熔覆后熱處理。激光束焙覆層熔池預涂層基體圖8預置式激光熔覆橫截面示意圖(2)同步送粉式激光熔覆同步送粉式激光熔覆是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時完成。熔覆 材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材同步送料。其主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理一送料激光熔覆一后熱處理。3.3.2 激光熔覆特點(1)熔覆層經(jīng)光束照射升溫快、溫度高。(2)熔覆層成分可以精確控制且具有與基體材料性質(zhì)完全不同的性質(zhì)。(3)熔覆層寬度、厚度可以精確控制，且基體的稀釋率很低(一般小于5%)。(4)可以在大氣中進行加工，而電子束、離子束表面改性都要求有較高的真空度。(5)可以進行局部加工，材料消耗少

30、，具有很高的價格性能比。(6)熔覆層組織細小均勻，無裂紋氣孔。(7)對粉末的選擇幾乎沒有任何限制，可以再低熔點金屬表面熔覆高熔點合金。3.4激光合金化激光表面合金化是一種材料表面改性技術(shù)。把合金元素或化合物直接或間接結(jié)合到基體材料表面，然后在高能激光束的加熱下快速熔化、混合，使金屬元素或化合物均勻分散并熔滲于液化層(熔池)中，形成厚度為101000um的表面熔化層。熔化層能在很短的時間內(nèi)(502000us)形成具有符合某種要求的深度和化學成分或組成相的新表面合金覆蓋層，這 種合金化層與基體之間有很強的結(jié)合力。激光表面合金化能夠進行局部表面處理，而且變形小、速度快。它能使廉價的金屬材料，無論是碳

31、鋼、合金鋼，或者是有色金屬及其合金表層，都能夠得到任意成分的合金和相應的微觀組織，從而獲得良好的物理、化學及綜合力學性能。4模具激光修復模具的失效事實上均因其表層局部材料磨損等原因而報廢，而且金屬模具的加工周期長、加工費用高。模具使用壽命取決于抗磨損和抗機械損傷能力，一旦磨損過度或機械損傷,須經(jīng)修復才能恢復使用。目前常采用的維修技術(shù)有電鍍、堆焊和熱噴涂等。電鍍層較薄，而且與基體結(jié)合差，形狀損壞部位難于修復；在堆焊、 噴涂時， 熱量注入大，模具熱影響區(qū)大。而應用激光進行模具維修，由于激光束的高能量密度所產(chǎn)生的近似絕熱的快速加熱，對基體的熱影響較小，引起的畸變可以忽略。模具的激光修復可采用的方法主要有兩種：激光沉積焊接模具修復和激光熔覆模具修復。4.1 激光熔覆模具修復利用激光熔覆的方法實現(xiàn)對模具的修復。用高功率CO2 激光束以恒定功率與金屬粉流同時入射到模具表面上，