熱作模具鋼激光表面改性技術(shù)

熱作模具鋼作為模具鋼的重要組成部分，常用于制造金屬高溫壓制成型模具。熱作模具長期經(jīng)受金屬變形造成的摩擦及空氣、油和水等反復(fù)冷卻，因而會導(dǎo)致表面磨損、熱疲勞裂紋和腐蝕產(chǎn)生。

熱作模具鋼破損一般從表面開始，通過表面強(qiáng)化技術(shù)能有效提高其使用壽命。常見表面改性方式包括：化學(xué)熱處理、擴(kuò)散滲入、離子注入和氣相沉積，這些改性方式都存在處理周期長，技術(shù)要求高，表面結(jié)合差及涂層較薄等缺點(diǎn)。

而激光表面改性技術(shù)是通過高能密度激光束作用在金屬材料表面，使其發(fā)生物理化學(xué)變化，從而改變其耐磨、耐蝕、抗熱疲勞和抗氧化等性能。主要有：

1、激光相變硬化

將能量密度為104～105W·cm-2激光束作用在鋼表面，使其瞬間吸收能量并升溫到相變溫度以上，材料表面奧氏體化且內(nèi)部溫度保持不變。停止加熱后，表面以104～106℃/s速度自冷，達(dá)到自淬火效果并形成強(qiáng)化層。

2、激光熔凝

將能量密度為105～106W·cm-2激光束作用在鋼表面，使其熔化且通過自身熱傳導(dǎo)快速冷卻，在材料表面形成成分與基體相同，但合金元素飽和度、晶粒大小不同的熔層；其能有效除去材料表面雜質(zhì)元素、裂紋及氣孔，改善表面性能。

3、激光熔覆

將能量密度為105～106W·cm-2激光束作用在鋼表面，使基材表面薄層與添加熔覆材料一起熔凝，形成冶金結(jié)合層；激光熔覆與激光合金化相比，其稀釋率低，能很好保持熔覆材料性能，與基材相關(guān)性不大。

4、激光合金化

將能量密度為105～106W·cm-2激光束作用在鋼表面，使加入合金元素與基體材料同時(shí)快速熔化、混合和凝固，形成具有要求深度和化學(xué)成分的合金化層。

四種方法中，激光相變硬化是通過加熱金屬材料來改善表面性能，而激光熔凝、激光熔覆及激光合金化則是通過熔化金屬材料來改變表面性能。