模具材料激光表面强化处理应用与发展

何将宏 向超 王文哲（玉门油田公司机械厂 甘肃省 玉门市 735200）

模具作为一项重要的工艺装备，被广泛使用到机械、冶金、轻工、电子、国防等工业领域。对高效率生产、减少生产成本及提高产品质量具有重大的作用。在机电工业中，采用模具加工的零件高达70℅，而大部分的塑料、陶瓷制品也是通过模具加工成型的。对零件、工件的耐磨、耐蚀等一系列性能进行完善。文章重点对激光表面淬火、表面合金化、表面熔覆等方法进行介绍，讨论模具材料中应用激光表面强化技术的效果。

一、激光表面淬火

在激光表面强化领域内，应用最早的技术之一就是激光表面淬火技术，这技术目前已经非常成熟。激光表面淬火指的是用激光照射固态铁基合金，使其表面温度上升到特定高度的时候，形成奥氏体，然后移开激光束，再经过金属自身活跃的热传导性产生自淬火现象，形成马氏体组织的技术工艺。和其它热处理技术相比，该技术具有以下特点：①材料的加热速度与冷却速度相当高，对扫描速度及生产效率的提升有显著的促进作用。②激光表面淬火件其硬度非常高，高出常规淬火硬件的10℅左右。③因为高效的加热、冷却速度，其热影响区就相对的小，可以说激光表面淬火处理基本不会使原物变形。④激光表面淬火仅在局部进行，因此激光束可以被聚集得很细小，尤其适宜于小件的特殊部位及局部部位的淬火。⑤激光表面淬火不需要对介质进行冷却处理，不会污染环境。⑥在工艺合理的前提下，其表面基本上不存在无氧化脱碳现象，也不改变粗糙程度，质量较高。

二、激光表面合金化

激光表面合金化对基体进行加热处理，使其融化。在这一过程中，添加定量的合金元素，融合于基体成分中，使基体的表面形成一层含有合金成分的合金层的应用技术。可以在那些表面性能较差、但廉价的基体金属表面运用激光合金化技术生产出大量高温、耐磨的合金表面，可以取代昂贵的纯合金，减少了贵重金属材料的消耗，同时也提高了廉价基体材料的使用量，大大降低了成本。和一般的热处理工艺相比，该技术的不足之处在于只能对表面局部进行处理，但其优势在于工件的变形量较小、冷却速度高、对合金元素的利用消耗小，无需淬火介质、环保无污染等优点，发展应用前景非常广阔。

该技术在应用中，添加合金元素的方式非常多样，包含预制材料法、送粉法及激光气体合金化法。现阶段，预制材料法的应用是最为广泛的，而送粉法在自动化生产工艺中比较适用，对能量能够进行充分利用，且生产效率较高，所生产的工件表面质量较高。在进行合金化材料的选择时，首先要对合金化表层的性能方面进行考虑，其次要对合金化元素的特点着重考虑，同时也要对母材冶金间及表面合金层之间的牢固性、合金层的抗弯曲、抗压、韧性等方面进行考虑。

三、激光表面熔覆

该方法是一种通过激光扫描，将金属粉末或陶瓷粉末在基体表面迅速加热升温，最短的时间内与基体熔合的技术。在基体的表面会形成一层覆盖层，并且与基体能够良好的结合在一起。这项技术历经三十年的发展，现在已经成为材料表面工程中最热门的话题之一。该技术的实现主要通过两种形式：第一，预先将一些松散的粉末涂层放置在工件的表面，然后用激光进行升温熔化；第二，先进行激光处理，在处理的过程中，采用气动喷注法将粉末喷入熔池中。宽带激光自动涂抹系统是由杨洗尘等人言之而成的，该系统主要有自动喷粉机与宽带扫描转镜两个部分构成，激光功率适用范围为1～10kW，不但可以直接进行聚焦窄带涂敷，也能够进行宽带涂敷。单道一次涂敷宽度调节在10～35mm的范围内，涂敷厚度控制在0.2～8mm的范围内；送粉量在0.5"一200g／min范围中连续精密可调，送粉的精度通常低于2%。对于普通送粉而言比较适合，对于一些微量送粉或大量送粉的特殊情况也是使用的。

近年来，激光熔覆技术取得很大的发展。但是该技术在我国的起步时间尚短，因此实际应用中还存在一些问题：首先，覆层开裂的趋势较大，对于一些体积较大的工件来说，难以实现大面积激光熔覆；其次，作为一种新兴技术，目前还欠缺一些成熟的激光处理工艺参数作为参考进行设计，还需要在实际应用中不断的总结额研究。因而今后还需要做许多细致的工作，来更好地解决大面积熔覆存在的工艺问题，使熔覆层的表面质量得到进一步的提高。

结语

在模具的表面强化领域，激光表面处理已经被广泛地应用于其中。且应用范围在不断地扩大。甚至在一些非金属材料表面处理的时候也会用到，因此其发展的前景非常好。尽管当前激光表面处理技术的应用中或多或少还存在一些问题，但随着人们日后对激光处理的深入研究，相信模具材料激光表面强化处理一定会有效发挥出其巨大的潜能，从而更好地贡献社会。

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