激光表面处理

华中科技大学，徐长发，2019.12.10

传统的金属材料表面处理工艺已经经过了很长时间的研究，但是操作起来又笨又脏，性能控制还太粗糙。激光出现以后，用激光对材料、工件表面进行设计和激光改性处理，显得那么精巧。它是利用激光束快速、局部地加热工件，实现局部急热或急冷，可在大气、真空等环境中进行处理。通过改变激光参数，可解决不同材料的表面处理工艺问题。工件变形极小，是一种非接触式处理方法。它根据表面处理目的不同，分为表面改性处理（包括激光上釉、激光重熔、激光合金化、激光涂敷）、激光修饰处理和激光去除处理（如激光清洗）。

一.激光打标与激光表面毛化处理

激光打标技术是激光加工中最大的应用领域之一。现在市场上有针对各种各样材料的激光打标设备。激光打标的激光通常是近红外的，采用快速脉冲，在材料表面上打出肉眼清晰可见的痕迹，打标的深浅和图形都可以用计算机控制。例如，在不同金属的表面上打标，在玻璃上打标，在光纤上打标，不同材料打标时的脉冲宽度、脉冲快慢、温度高低都有相应的标准。

激光表面毛化处理。用激光连续波让材料表面毛化不易控制，把表面毛化看着是密集打标就容易控制了，根据不同要求，可采用毫秒级脉冲、皮秒脉冲（10秒）或飞秒脉冲（10秒）可取得较好的施工效果。

在材料表面打毛加工中，值得一提的是，如何解决冷轧钢板有表面毛糙或花纹的要求，于是人们对冷轧轧辊表面也有这些要求，还要求轧辊的使用寿命长。最好的加工方法是对轧辊采用激光脉冲毛化处理。

加工过程大致是这样的：用每秒数千至上万次的脉冲激光束聚焦后入射到轧辊表面，在聚焦点处轧辊表面形成微小溶池，同时对微小溶池侧吹，让溶池中的溶融物按指定要求尽量堆积到溶池边缘形成圆弧形凸台，这些小凸台和微坑的表面是强化变硬了。

轧辊的这种用激光毛化处理的办法，为轧制薄板的过程带来很多施工方面的方便。

冷轧薄板和薄带材料表面毛化的应用非常广泛。举个简单的例子，汽车面板要涂漆，必须让薄板表面均匀分布“微坑”，以增强漆料的附着力，所以汽车面板是特殊轧制的。像汽车业、建筑业、家电及电子业、轻工业及国防等领域都要用到大量的冷轧薄板带。

4.激光清洗

利用高能的激光束照射工件表面，使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效地清除表面的污染物或涂层。激光清洗属于干洗，不需有机溶剂，没有废液排放，残渣少，不会造成环境污染、能有效清除其他方法难以去除干净的吸附在物体表面的亚微米粒子。该技术柔性高、可控性好、易于选区定位精密清洗，易于远距离遥控清洗难以到达或危险的地方。

激光清洗的方法一般有4种：

①激光干洗法，即采用脉冲激光直接辐射去污；

②激光+液膜的方法，即首先沉积一层液膜于基体表面，然后用激光使液膜发生爆炸去污；

③激光+惰性气体的方法，即激光辐射的同时，用惰性气体吹向工件表面，当污物从表面剥离后，就被气体远远吹离表面，避免清洁表面再次污染和氧化；

④用激光使污物松散后，再用非腐蚀性的化学方法去污。

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