热作模具钢激光表面改性技术

 热作模具钢作为模具钢材的重要组成部分，常用于制造金属高温压制成型模具。热作模具长期经受金属变形造成的摩擦及空气、油和水等反复冷却，因而会导致表面磨损、热疲劳裂纹和腐蚀产生。 

热作模具钢破损一般从表面开始，通过表面强化技术能有效提高其使用寿命。常见表面改性方式包括：化学热处理、扩散渗入、离子注入和气相沉积，这些改性方式都存在处理周期长，技术要求高，表面结合差及涂层较薄等缺点。

而激光表面改性技术是通过高能密度激光束作用在金属材料表面，使其发生物理化学变化，从而改变其耐磨、耐蚀、抗热疲劳和抗氧化等性能。主要有：

1、激光相变硬化

将能量密度为104～105W·cm-2激光束作用在钢表面，使其瞬间吸收能量并升温到相变温度以上，材料表面奥氏体化且内部温度保持不变。停止加热后，表面以104～106℃/s速度自冷，达到自淬火效果并形成强化层。

2、激光熔凝

将能量密度为105～106W·cm-2激光束作用在钢表面，使其熔化且通过自身热传导快速冷却，在材料表面形成成分与基体相同，但合金元素饱和度、晶粒大小不同的熔层；其能有效除去材料表面杂质元素、裂纹及气孔，改善表面性能。

3、激光熔覆

将能量密度为105～106W·cm-2激光束作用在钢表面，使基材表面薄层与添加熔覆材料一起熔凝，形成冶金结合层；激光熔覆与激光合金化相比，其稀释率低，能很好保持熔覆材料性能，与基材相关性不大。

4、激光合金化

将能量密度为105～106W·cm-2激光束作用在钢表面，使加入合金元素与基体材料同时快速熔化、混合和凝固，形成具有要求深度和化学成分的合金化层。

四种方法中，激光相变硬化是通过加热金属材料来改善表面性能，而激光熔凝、激光熔覆及激光合金化则是通过熔化金属材料来改变表面性能。

激光表面改性技术未来的发展方向是：激光表面改性技术与自动控制技术发展，激光表面改性设备正朝着大功率、自动化和智能化发展；激光表面改性技术与再制造相结合能将废旧产品蕴含价值开发利用，减小废品污染，延长零件寿命，增加经济收益；计算机科学与材料科学相结合，有效提高激光表面改性技术研究效率，节约科研成本。