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《中国工程科学》 >> 2020年 第22卷 第3期 doi: 10.15302/J-SSCAE-2020.03.010

激光表面改性技术发展研究

1. 浙江工业大学激光先进制造研究院,杭州 310032;

2. 浙江工业大学机械工程学院,杭州 310032;

3. 高端激光制造装备省部共建协同创新中心,杭州 310032;

4. 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,西安 710049

资助项目 :中国工程院咨询项目“我国激光技术与应用 2035 发展战略研究” (2018-XZ-27) 收稿日期: 2020-03-15 修回日期: 2020-05-08 发布日期: 2020-05-27

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摘要

激光表面改性技术利用高能量密度的激光束对零部件局部易损易耗区域进行快速处理,获得材料表面所需性能,进而大幅延长零部件使用寿命,已在航空航天、石油化工、能源、交通、冶金等领域获得应用。本文针对激光冲击强化、激光淬火、激光熔覆3 种典型的激光表面改性技术,梳理了相应技术特点及国内外应用现状,凝练我国相关技术领域面临的差距与问题,总结激光表面改性技术的重点发展方向:专用合金材料制备、多能场激光复合表面改性、面向现场的激光再制造、激光冲击强化控形控性、激光表面改性智能化、激光表面微结构化。从政府引导、国产化创新、产业链完善、质量评价标准体系、人才培养等方面提出发展建议,以期为我国激光表面改性技术发展提供参考借鉴。

参考文献

[ 1 ] Salimianrizi A, Foroozmehr E, Badrossamay M, et al. Effect of laser shock peening on surface properties and residual stress of Al6061-T6 [J]. Optics and Lasers in Engineering, 2016, 77: 112– 117. 链接1

[ 2 ] Manson S S. 金属疲劳损伤 [M]. 陆索, 译. 北京: 国防工业出版 社, 1976. Manson S S. Metals fatigue damage [M]. Translated by Lu S. Beijing: National Defense Industry Press, 1976.

[ 3 ] 喷丸强化技术编写组. 喷丸强化技术 [M]. 北京: 国防工业出版 社, 1973. Preparation Group of Shot Peening Technology. Shot peening technology [M]. Beijing: National Defense Industry Press, 1973.

[ 4 ] Kalainathan S, Sathyajith S, Swaroop S. Effect of laser shot peening without coating on the surface properties and corrosion behavior of 316L steel [J]. Optics and Lasers in Engineering, 2012, 50(12): 1740–1745. 链接1

[ 5 ] 左敦稳. 现代加工技术(第2版) [M]. 北京: 北京航空航天大学出 版社, 2009. Zuo D W. Modern processing technology (2nd edition) [M]. Beijing: Beihang University Press, 2009.

[ 6 ] 徐滨士, 董世运, 王志坚, 等. 激光再制造 [M]. 北京: 国防工业 出版社, 2016. Xu B S, Dong S Y, Wang Z J, et al. Laser remanufacturing [M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2016.

[ 7 ] 孙磊强, 赵作福, 莫梓睿, 等. 激光技术在材料表面改性方面 的研究进展 [J]. 辽宁工业大学学报(自然科学版), 2018, 38(6): 31–34. Sun L Q, Zhao Z F, Mo Z R, et al. Research progress of laser technology in surface modification of materials [J]. Journal of Liaoning University of Technology (Natural Science Edition), 2018, 38(6): 31–34. 链接1

[ 8 ] 张海琼. 航空燃气涡轮发动机叶片疲劳分析 [D]. 哈尔滨: 哈尔 滨工程大学(硕士学位论文), 2014. Zhang H Q. Fatigue analysis of aero combustion turbine blades [D]. Harbin: Harbin Engineering University (Master’s thesis), 2014. 链接1

[ 9 ] 乔红超, 赵吉宾, 陆莹. 激光诱导冲击波应用技术研究现状 [J]. 表面技术, 2016, 45(1): 1–6, 48. Qiao H C, Zhao J B, Lu Y. Current status of laser-induced shockwave application technology [J]. Surface Technology, 2006, 45(1): 1–6, 48. 链接1

[10] 乔红超, 高宇, 赵吉宾, 等. 激光冲击强化技术的研究进展 [J]. 中 国有色金属学报, 2015, 25(7): 1744–1755. Qiao H C, Gao Y, Zhao J B, et al. Research process of laser peening technology [J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(7): 1744–1755. 链接1

[11] 中国科学院宁波材料技术与工程研究所. 新一代激光冲击强化 技术研究获得突破 [J]. 表面工程与再制造, 2017, 17(1): 53. Ningbo Institute of Material Technology and Engineering, CAS. A new generation of laser shock peening technology get a breakthrough [J]. Surface Engineering & Remanufacturing, 2017, 17(1): 53. 链接1

[12] 鲁金忠. 激光冲击强化铝合金力学性能及微观塑性变形机理研 究 [D]. 镇江: 江苏大学(博士学位论文), 2010. Lu J Z. Investigation of laser shock processing on the mechanical properties and micro-plastic deformation mechanism of LY2 aluminum alloy [D]. Zhenjiang: Jiangsu University (Doctoral dissertation), 2010. 链接1

[13] 杜成明, 朱锦云, 杨振, 等. 65Mn弹簧钢表面激光淬火的显微组 织及性能研究 [J]. 机械工程师, 2020 (3): 52–53. Du C M, Zhu J Y, Yang Z, et al. Study on laser quenched surface microstructure and properties of 65Mn spring steel [J]. Mechanical Engineer, 2020 (3): 52–53. 链接1

[14] 杨振, 樊湘芳, 邱长军, 等. 激光功率对40CrNiMoA钢表面淬 火组织和摩擦磨损性能的影响 [J]. 金属热处理, 2020, 45(3): 128–133. Yang Z, Fan X F, Qiu C J, et al. Effect of laser power on quenched microstructure and friction and wear properties of 40CrNiMoA steel [J]. Heat Treatment of Metals, 2020, 45(3): 128–133. 链接1

[15] 杨秋梅, 周亚军, 毛大恒, 等. 激光淬火对回转轴残余应力影响 的研究 [J]. 热加工工艺, 2020, 49(4): 129–132. Yang Q M, Zhou Y J, Mao D H, et al. Influence of laser quenching on residual stress of rotary shaft [J]. Hot Working Technology, 2020, 49(4): 129–132. 链接1

[16] 杨志翔, 王爱华, 熊大辉, 等. 钢轨表面宽带激光淬火工艺及其 疲劳磨损性能 [J]. 中国机械工程, 2019, 30(3): 253–260. Yang Z X, Wang A H, Xiong D H, et al. Laser wide-band hardening of steel rails and corresponding fatigue wear property [J]. China Mechanical Engineering, 2019, 30(3): 253–260. 链接1

[17] 张群莉, 童文华, 陈智君, 等. 光斑尺寸对42CrMo钢激光深层淬 火硬化层几何特征的影响 [J]. 表面技术, 2020, 49(1): 254–261. Zhang Q L, Tong W H, Chen Z J, et al. Effect of spot size on geometrical characteristics of laser deep quenching hardened layer of 42CrMo steel [J]. Surface Technology, 2020, 49(1): 254–261. 链接1

[18] 刘云雷. 镍基高温合金激光再制造零件结合区组织研究与性能 控制 [D]. 南京: 南京航空航天大学(硕士学位论文), 2013. Liu Y L. Research on microstructure and mechanical property control of bonding zone for laser remanufacturing parts of nickel-based superalloy [D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (Master’s thesis), 2013. 链接1

[19] Koehler H, Partes K, Seefeld T, et al. Laser reconditioning of crankshafts: From lab to application [J]. Physics Procedia, 2010, 5(A): 387–397. 链接1

[20] 李俐群, 申发明, 周远东, 等. 超高速激光熔覆与常规激光熔覆 431不锈钢涂层微观组织和耐蚀性的对比 [J]. 中国激光, 2019, 46(10): 1–10. Li L Q, Shen F M, Zhou Y D, et al. Comparison of microstructure and corrosion resistance of 431 stainless steel coatings prepared by extreme high-speed laser cladding and conventional laser cladding [J]. Chinese Journal of Lasers, 2019, 46(10): 1–10. 链接1

[21] 薛蕾, 黄一雄, 卢鹏辉, 等. 激光成形修复ZL104合金的组织与性 能研究 [J]. 中国表面工程, 2010, 23(1): 97–100. Xue L, Huang Y X, Lu P H, et al. Study on microstructure and property of laser forming repaired ZLl04 alloy [J]. China Surface Engineering, 2010, 23(1): 97–100. 链接1

[22] 赖海鸣, 郭士锐, 姚建华. 基于母材综合跳动特性的转子表面激 光再制造 [J]. 热力透平, 2014, 43(2): 155–158. Lai H M, Guo S R, Yao J H. Research on characteristics of total indicated runout based on substrate of steam turbine rotor by laser remanufacturing [J]. Thermal Turbine, 2014, 43(2): 155–158. 链接1

[23] 肖真. 汽轮机汽缸结合面变形分析及激光熔覆修复 [J]. 石油化 工设备, 2017, 46(3): 51–56. Xiao Z. Analysis of steam turbine cylinder joint surface deformation and laser cladding repairing [J]. Petro-Chemical Equipment, 2017, 46(3): 51–56. 链接1

[24] 封慧, 李剑峰, 孙杰. 曲轴轴颈损伤表面的激光熔覆再制造修复 [J]. 中国激光, 2014, 41(8): 1–6. Feng H, Li J F, Sun J. Study on remanufacturing repair of damaged crank shaft journal surface by laser cladding [J]. Chinese Journal of Lasers, 2014, 41(8): 1–6. 链接1

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