激光表面纳米技术的详细进展

激光表面纳米技术包括表面材料晶粒的纳米结晶和表面纳米结构。纳米材料和纳米结构的各种优异性能已逐渐得到认可。对于金属材料，如果将晶粒尺寸细化到纳米水平，则其综合性能将大大提高，并且金属材料表面上的纳米图案也会得到很大改善。这种结构可以大大改善材料的表面性能，并使材料具有一系列优异的性能，例如抗氧化性，耐磨性，耐腐蚀性，超疏水性等。表面纳米化的方法很多，各种类型的表面纳米技术中的一大类，它是一种使用激光表面处理技术和纳米技术来实现纳米特性的表面层，可以统称为激光表面纳米技术，或者从广义上讲，它称为激光纳米表面工程技术，直接或主要使用激光作为一种特定的技术手段，直接改变或添加材料以改变被处理的固体材料表面的形态，组成或结构，使其包含纳米晶体。颗粒或某些纳米颗粒的表面层组成。或使用激光蚀刻，激光压花，激光纹理化，激光微/纳米建模等在材料表面实现纳米结构。 1激光表面处理技术1970年代大功率激光器成功开发后，激光表面处理技术投入实际应用，然后迅速发展。激光淬火（激光相变硬化表面改性技术），激光重熔，激光表面合金化，激光熔覆，激光表面非晶化和激光冲击强化。这些激光表面处理技术通过在材料表面上形成一定厚度的处理层来改善材料表面的机械，冶金和物理性能，从而提高零件和工件的耐磨性，耐腐蚀性和耐疲劳性。该激光器具有功率密度高，方向性好，能量转移方便以及在各种透明介质中传输的特点。同时，各种脉冲激光器的发展使激光表面的纳米图案化更加可行。随着纳米材料和纳米表面工程技术的发展，各种激光表面处理技术逐渐实现零件的纳米表面的应用已经取得了一定的成果。激光表面纳米技术本质上是激光表面处理技术和纳米表面技术的结合，因此它还具有激光表面处理的所有优点。与其他表面纳米技术相比，这些优势是最重要的，例如，机械纳米表面纳米技术不适用于大面积，复杂形状的零件，例如表面滚动或振动喷丸表面纳米技术存在困难在加工复杂形状的零件时，这在实际生产中很难实现，并且激光表面纳米技术没有类似的问题。 2激光表面纳米化方法2.1激光辐照表面纳米化技术激光辐照表面处理研究的重点是激光淬火和淬火的表面改性工作。同时，已经进行了大量的激光固溶或激光退火。目前，尚无研究人员明确提出将激光辐照用于表面纳米金属化研究。然而，燕山大学的温海燕在其硕士论文中提到，在研究一定数量的Inconel718合金的微观组织和性能变化的过程中，使用具有一定功率的激光反复并周期性地照射特定的工艺参数。工艺参数纳米晶体结构出现在Inconel718材料的表面层上。如图1所示。图1激光表面处理后的Inconel718材料的断裂表面的扫描电子显微镜照片Tm = 750°C，f = 1 / 10Hz，N = 1000次2.2激光重熔（激光熔融）表面纳米技术激光重熔通常是指使用高能量聚焦激光束来熔化零件的表面而不添加任何其他成分，并利用基板表面的快速熔化和固化来细化晶粒并消除缺陷，从而达到改善零件表面的目的。表面结构。作为一种表面工程技术，激光重熔已被许多研究人员完成。已经指出，激光重熔可以显着提高材料的表面硬度，耐腐蚀性和耐磨性能，但是作为表面纳米技术，没有人单独明确指出。吉林大学的王成涛和彭章在他们的论文中提到使用激光重熔处理GCr15和H13钢以获得纳米晶粒结构的事实。他们的方法是将试样放置在装有去离子水的容器中，如图2所示。调整水量以调整从液面到被处理面的距离，然后使用Nd：YAG激光执行该过程。与某些参数。试件的表面重新熔化。结果示于图1和2中。如图3和图4所示。图2激光表面重熔装置和试样的示意图图3不同处理条件下H13钢的显微组织（a）在空气中，（b）1mm水层，（c）2mm水层，（d）3mm水层。图4 GCr15钢在不同加工条件下的组织（a）1mm水层，（b）2mm水层，（c）3mm水层。 2.3激光熔覆表面纳米技术激光熔覆也称为激光熔覆或激光熔覆。激光照射和激光重熔都可以直接加工基材而无需添加其他材料，但是激光熔覆是通过在基板表面上添加熔覆材料并使用高能量密度的激光束使其比基板表面更薄而制成的。 。熔融层的方法一起在基础层的表面上形成添加剂包层，该添加剂包层是冶金组合。