激光在材料科学中的应用.doc

激光在材料科学中的应用 文章摘要：介绍激光在材料科学中的若干应用，包括激光表面处理、、激光可解释成将电能、化学能、热能、光能或核能等原始能源转换成某些特定光频（紫外光、可见光或红外光的电磁辐射束的一种设备。转换形态在某些固态、液态或气态介质中很容易进行。当这些介质以原子或分子形态被激发，便产生相位几乎相同且近乎单一波长的光束-----激光。由于具同相位及单一波长，差异角均非常小，在被高度集中以提供焊接、切割及热处理等功能前可传送的距离相当长。激光有四大特性即高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。激光所具有的上述优异特性是普通光源望尘莫及的。 由于激光具有的宝贵特性，因此就给激光加工带来如下一些其他方法所不具备的可贵特点： （1）由于它是无接触加工，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的； （2）它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料； （3）激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件； （4）激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小。因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小； （5）它可通过透明介质对密闭容器内的工作进行各种加工； （6）由于激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换，极易与数控系统配合，对复杂工件进行加工，因此它是一种极为灵活的加工方法。激光表面处理技术是近二十年来发展起来的一种新兴材料表面处理技术，尤其是进入八十年代以来，大功率工业激光器和辅助设备的制造技术日益提高，各种激光表面处理技术日益成熟，使得激光表面处理技术的工业应用和深入研究异常活跃，在欧美和日本，大功率激光器商业化程度很高，发展非常迅速，是工业发达国家非常瞩目的一项新技术。激光表面处理技术可以解决其他表面处理方法无法解决或不好的材料强化问题。激光表面处理技术是利用激光束对金属表面进行瞬间淬头处理，经激光处理后，铸铁表层强度可达到HRC60度以上，中碳及高碳的碳钢，合金钢的表层硬度可达HRC70度以上，从而提高其抗磨损，抗疲劳、耐腐蚀、防氧化等性能，延长其使用寿命。激光热处理技术与其他热处理如高频感淬头，渗碳、渗氮等传统工艺相比，具有以下特点：?无需使用外加材料，仅改变被处理材料表面层的组织结构。处理后的改性层具有足够的厚度，可根据需要调整深浅一般可达0.1-0.8mm。 处理层和基体结合强度高。激光表面处理的改性层和基体材料之间是致密的冶金结合，而且处理层本身是致密的冶金组织，具有较高的硬度和耐磨性。被处理件变形极小，由于激光功率密度高，与零件的作用时间很短（10-2-10秒），故零件的热影响区和整体变化都很小。故适合于高精度零件处理，作为材料和零件的最后处理工序。加工柔性好，适用面广。利用灵活的导光系统可随意将激光导向处理部位，从而可方便地处理深孔、内孔、盲孔和凹槽等，可进行选择性的局部处理。工艺简单优越。激光表面处理均在大气环境中进行，免除了镀膜工艺中漫长的抽真空时间，没有明显的机械作用力和工具损耗，无噪音、无污染、无公害、劳动条件好。再加上激光器配以微机控制系统，很容易实现自动化生产，易干批量生产。产品成品率极高几乎达到100%。效率很高经济效益显著。、、、、、、、、、、、、、、、属于熔融焊接，以激光束为能源，冲击在焊件接头上　　激光束可由平面光学元件（如镜子）导引，随后再以反射聚焦元件或镜片将光束投射在焊缝上　　激光焊接属非接触式焊接，作业过程不需加压，但需使用惰性气体以防熔池氧化，填料金属偶有使用激光焊可以与MIG焊组成激光MIG复合焊，实现大熔深焊接，同时热输入量比MIG焊大为减小。（1）可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。 　　（2）32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格，可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。 （3）不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低。　　（4）激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。 　　（5）工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）。 　　（6）激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件， 　　（7）可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料。 　　（8）易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控制。 　　（9）焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。 　　（10）不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易），能精确的对准焊件。 　　（11）可焊接不同物性（如不同电阻）的两种金属 　　（1