激光表面纳米化技术详解及最新进展

激光表面纳米化技术纳还包括表层材料晶粒纳米简化和构建表层纳米结构。纳米材料和纳米结构所具备的各种的出色性能早已渐渐被人们了解，对金属材料来说如果晶粒尺寸细化到纳米量级，其综合性能将大幅度提高，同时金属材料表层的纳米图案结构可以很大地提高材料表面性能，可以使材料具备抗氧化，耐用，耐腐蚀，超强亲水性等一系列出色性能。材料表面纳米简化的方法有多种，在各类表面纳米化技术中有众多类，是利用激光表面处置技术和纳米技术相结合构建纳米特性的表面层，可以总称为激光表面纳米化技术；或更加广义的称作激光纳米表面工程技术，就是必要或主要利用激光这种特定的技术手段，必要转变或是加到材料转变被处置液体材料表面的形态、成分或结构，使其构成所含纳米晶粒或一定纳米颗粒成分的表层。

或者用于激光光刻，激光压印，激光毛化，激光微纳造型等手段在材料表面构建纳米结构。1激光表面处置技术上个世纪70年代大功率激光器研制成功后，使激光表面处置技术转入实际应用于，随后很快发展，先后经常出现了激光淬火（激光热力学硬化表面改性技术）、激光重熔、激光表面合金化、激光熔覆、激光表面非晶简化和激光冲击增强等方法。这些激光表面处置技术通过使材料表面构成一定厚度的处置层，以提高材料表面的力学性能、冶金性能、物理性能，从而提升零件、工件的耐用、耐蚀、耐疲惫等性能。激光由于功率密度低，方向性好，能量传递便利，可在各种半透明介质中传输等特点。

同时各种段脉冲激光的发展使得激光表面纳米图案化愈发不切实际。随着纳米材料和纳米表面工程技术的发展，应用于各种激光表面处置技术，构建零件表面纳米简化的探寻也渐渐进行，并获得一定成果。

激光表面纳米化技术由于实质上就是激光表面处置技术和纳米表面技术融合所产生的，所以其某种程度具备激光表面处置的所有优点，相比于其他表面纳米化技术，这些优点有的是至关重要的；比如机械研磨表面纳米化技术，就呼吸困难用作大面积、简单形状的零件；再行比如表面辊压或振动喷丸表面纳米化技术在处置简单形状零件上都有艰难，实际生产中难以实现，而激光表面纳米化技术却基本不不存在类似于问题。2激光表面纳米简化的方法2.1激光电离辐射表面纳米化技术激光电离辐射表面处置研究较多地集中于在激光淬火硬化的表面改性工作上，同时也在激光固溶或激光退火上展开了很多的研究，目前尚不研究人员明确提出用于激光电离辐射展开金属零件表面纳米简化的研究。

但燕山大学的文海燕在她的硕士论文中提及，用于一定功率的激光以特定的工艺参数重复循环电离辐射，对Inconel718合金微观的组织性能变化规律的研究过程中，在某一组处置参数下，Inconel718材料表层经常出现纳米晶粒结构。如图1右图。

图1Inconel718材料激光表面处置后断口扫描电镜照片Tm=750℃，f=1/10Hz，N=1000次2.2激光重熔（激光熔凝）表面纳米化技术激光重熔一般是指，用高能探讨激光束将零件表面熔融而不作任何其他成分，以基体表层的较慢融化和凝结细化晶粒、避免缺失，超过表面的组织提高的目的。激光重熔作为一种表面工程技术，有数大量的研究人员做到过涉及研究工作，研究认为通过激光重熔处置需要明显提升材料的表面硬度、抗腐蚀能力和磨损性能,但作为表面纳米化技术尚不人分开明确提出。吉林大学ChengtaoWang、PengZhang分别在其论文中提及用于激光重熔处置GCr15、H13钢获得纳米晶粒的组织这一事实。

他们的作法是，如图2右图，将试件放到箱内去离子水的容器中，调整水量可调整液面到被处置面的距离，然后用Nd:YAG激光以一定的工艺参数展开试件表面重熔。其结果如图3、图4右图。图2激光表面重熔装置和试件示意图图3有所不同处置状态下H13钢微观结构（a）空气中,(b)1mm水层,(c)2mm水层,(d)3mm水层.图4有所不同处置状态下GCr15钢微观结构（a）1mm水层,(b)2mm水层,(c)3mm水层.2.3激光熔覆表面纳米化技术激光熔覆亦称激光外壳或激光熔敷，激光电离辐射和激光重熔都是必要处置基体材料而不加到其他材料，但激光熔覆是通过在基材表面加到熔覆材料，并利用低能量密度的激光束，使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面构成与其为冶金融合的添料熔覆层。

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