靈活可調的激光硬化技術

材料牛注：材料科學發展到今天，激光硬化技術已并不罕見。這是一種表面硬化的優良工藝，但卻存在著硬化厚度不可調的缺陷。好在科學家們將其與光學掃描結合在一起，創造出一種全新的厚度可調的激光硬化工藝。

硬化是增加鋼零件硬度的表面熱處理的方法之一。瓦倫西亞理工大學和歐洲人文大學的高性能制造團隊對其進行了研究，并成功研制出一種新型方法來實現這一工藝。該方法用到了激光技術，但與傳統方法不同的是，它運用了掃描光學技術，賦予鋼零件在厚度方向上強大的適應能力。

硬度是薄鋼板沖壓模具等耐磨性鋼零件的重要性能指標，該指標可以通過硬化來增加，即將鋼零件加熱至800~1000℃后再急速冷卻。這一工藝可以改變鋼的結構。

激光具有局部性，所以如果我們用激光來實施硬化工藝的話，就可以實現表層硬化，而使鋼材內部組織不變。這一研究團隊成員之一、瓦倫西亞理工大學和歐洲人文大學機械工程系教授Aitzol Lamikiz說道：“通過這種方法，鋼零件的加熱量小，不會因此變脆，零件也不會發生太大的扭曲變形。熱量會造成零件的變形，這種變形必須通過其它工藝來糾正。”激光硬化的工業應用始于2000年。但就Aitzol Lamikiz而言，激光硬化有其局限性：“激光的帶寬一定，因此它能硬化的區域厚度也就一定。”

為了使這種工藝更加靈活，這一研究小組估量了將掃描光學技術與該技術結合的可能性。他們將光學掃描儀以較大的速度移動，對表面進行線性掃描。通過這種方法，我們可以僅僅通過改變程序設定參數來改變硬化厚度。Lamikiz將這種硬化方式與墻壁粉刷進行了對比，他指出傳統的激光硬化“就像用滾筒粉刷墻壁，粉刷區域的厚度取決于滾筒。但有了這種新方法，我們就可以將滾筒換成厚度可供的馬克筆。”

在該實驗中，我們覺得首要的事情是“通過這種方式實施硬化是有可能的。其次才是我們看到通過改變激光的移動速度和能量來改變硬化的效果。根據我們的實驗結果，當激光移動速度非常快的時候，我們得到的硬化結果與傳統方式相似。”

前景光明的結果

為了進一步研究這種方法，該實驗小組的成員與意大利巴斯克地區和皮埃蒙特的公司合作，共同實施了一個名為Hardlas的項目，從而將這一工藝變得更為可行。研究員說道：“我們將其變為可行的時候，就是這一項目成功的時候。這樣，該工藝就能用于工業生產了。”

雖然他們對該工藝的可行性進行了研究，但要想進入工廠生產，還有很多路要走。他們遇到的最大難題之一就是對工藝的控制。Lamikiz解釋說：“將材料加熱到所需溫度十分重要，因為只有這樣，這些工藝才能發揮作用。但溫度又不能太高，否則材料將會熔化。在我們研究的工藝中，激光移動的速度固定，所以對其的控制就更難了。”另一方面，我們實施的實驗“使用大學的儀器設備。并且將其推廣至工業規模，用更高強度、不同種類的激光在不同材料上進行實驗很有必要”，他補充說。

原文鏈接：Laser hardening, an increasingly flexible technology for hardening steel.

文獻鏈接：Analysis of the regimes in the scanner-based laser hardening process.

本文由材料人編輯部武俊生提供素材，張文揚編譯，點我加入材料人編輯部。

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