激光表面处理是采用大功率密度的激光束，以非接触性的方式加热材料表面．借助于材料表面本身传导冷却，来实现其表面改性的工艺技术。它在改善材料表面的力学性能和物理性能，以及提高零件的耐磨、耐蚀、耐疲劳性能方面大有裨益。近年来，激光清洗、激光淬火、激光合金化、激光冲击强化、激光退火等激光表面处理技术，以及激光熔覆、激光3D打印、激光电镀等激光增材制造技术迎来了广阔的应用前景。

01  激光清洗

激光清洗是目前快速发展的新型表面清洁技术，其采用高能脉冲激光束照射工件表面，使表面的污物、颗粒或涂层瞬间蒸发或膨胀剥离，从而达到洁净化的工艺过程。激光清洗主要分为除锈、除油、除漆、除涂层等工艺；主要应用于金属类清洗，文物类清洗，建筑类清洗等。基于其功能全面、加工精准灵活、高效节能、绿色环保、对基材无损伤、智能、清洗质量好、安全、应用范围广等特点和优势，它在各个工业领域愈发受青睐。与机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗等传统清洗方法相比，激光清洗具有明显的优点。

02  激光淬火

激光淬火采用高能量激光作为热源，使金属表面快热快冷，瞬间完成淬火过程，得到高硬度、超细的马氏体组织，提高金属表面的硬度和耐磨性，并且在表面形成压应力，提高抗疲劳能力。这项工艺的核心优势包括热影响区小、变形量小、自动化程度高、选区淬火柔性好、细化晶粒硬度高和智能环保。譬如激光光斑可调，能够对任意宽度的位置进行淬火；其次，激光头配合多轴机器人联动，可对复杂零件的指定区域进行淬火。又如，激光淬火极热速冷，淬火应力及变形小。激光淬火前后工件的变形几乎可以忽略，因此特别适合高精度要求的零件表面处理。当前，激光淬火已成功应用于汽车行业、模具行业、五金工具、机械行业中易损件的表面强化，尤其是在提高齿轮、轴面、导轨、钳口、模具等易损件的使用寿命方面，效果显着。激光淬火的特点如下：1）激光淬火是快速加热、自激冷却，不需要炉膛保温和冷却液淬火，是一种无污染绿色环保热处理工艺，可以很容易实行对大型模具表面进行均匀淬火；2）由于激光加热速度快，热影响区小，又是表面扫描加热淬火，即瞬间局部加热淬火，所以被处理的模具变形很小；3）由于激光束发散角很小，具有很好的指向性，能够通过导光系统对模具表面进行精确的局部淬火；4）激光表面淬火的硬化层深度一般为0.3～1.5mm。

03  激光退火

激光退火是指利用激光加热材料表面，将材料曝露于高温一段很长时间后，然后再慢慢冷却的热处理制程。该工艺主要目的是释放应力、增加材料延展性和韧性、产生特殊显微结构等。其特点是能够调整基体组织、降低硬度、细化晶粒和消除内应力。近年来，激光退火技术也成为半导体加工行业的一种新工艺，可大幅提高集成电路的集成度。

04  激光冲击强化

激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术。它具有无热影响区、能量高效利用、超高应变率、可控性强以及强化效果显着等突出优点。同时，激光冲击强化具有更深的残余压应力、更好的微观组织和表面完整性、更好的热稳定性以及更长的寿命等特点。近年来该技术获得了迅速发展，在航空航天和国防军工等领域大有用武之地。另外，使用涂层的作用主要是保护工件不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收，目前常用的涂层材料有黑漆和铝箔等。激光喷丸（LP），又称激光冲击强化（LSP），是一种应用于表面工程领域的工艺，即利用脉冲高功率激光束在材料中产生残余应力，以提升材料表面的耐损性（如耐磨性和抗疲劳性），或提高材料薄截面强度，以加强材料表面硬度。与多数材料加工应用不同，LSP并非利用激光功率进行热处理以达到预期效果，而是利用光束冲击进行机械加工。高功率激光束用高功率短脉冲冲击目标工件表面。光束冲击金属工件，立即将工件蒸发成薄层等离子体状态，并对工件施加冲击波压力。有时会在工件上附加薄层不透明覆面材料，用于代替金属蒸发。为了增压，利用其他透明覆面材料或惯性干扰层捕捉等离子体（通常为水）。等离子体产生冲击波效应，在撞击点重塑工件表面微观结构，继而产生金属扩膨胀和压缩的连锁反应。该反应产生的深层压缩应力可延长部件寿命。

05  激光合金化

激光合金化是一种新型的表面改性技术，可针对航空材料不同的服役条件，利用高能密度激光束加热冷凝速率快等特点，在结构件表面制备非晶一纳米晶增强金属陶瓷复合涂层，达到航空材料表面改性的目的。激光熔覆技术相对激光合金化技术具有基材对熔池的稀释率小、热影响区小、工件受热形变小及激光熔覆处理后工件报废率小等特点。激光熔覆可显着改善材料的表面性能，可针对磨损失效材料进行修复，具有效率高、速度快、绿色环保无污染及处理后工件性能好等特点。

06  激光熔覆

激光雕刻加工是利用数控技术为基础，将高能量的激光束投射到材料表面，利用激光产生的热效应，在材料表面产生清晰图案的激光加工过程。加工材料在激光雕刻照射下瞬间的熔化和气化的物理变性，能使激光雕刻实现加工目的。激光雕刻就是运用激光在物件上面刻写文字，这种技术刻出来的字无刻痕，物体表面光滑平整，字迹亦不会磨损。其特点和优势涵盖：安全可靠；精确细致、精度可达到0.02mm；节约环保、加工节省材料；高速快捷、可根据输出的图样高速雕刻；成本低廉、不受加工数量限制等。

08  激光3D打印

该工艺采用激光熔覆技术，使用激光照射喷嘴输送的粉末流，直接熔化单质或合金粉末，在激光束离开后，合金液体快速凝固，实现合金快速成型。目前，已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域获得广泛应用。

09  激光表面处理及再制造典型行业应用

当前，激光表面处理及增材制造技术、工艺和装备被广泛应用于冶金、矿山机械、模具、石油电力、五金工具、轨交、航空航天、机械等行业。

10 激光电镀技术的应用