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近日，克拉斯諾亞爾斯克和莫斯科的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出了一種表面處理技術(shù)，這種技術(shù)能使材料的硬度提高五倍以上。為了改變鋼鐵的性質(zhì)，通常需要摻雜硅、錳、釩、鈦等雜質(zhì)。通過(guò)使用富勒烯，石墨烯或納米碳管等納米碳材料和表面處理激光器可以改善該技術(shù)，增強(qiáng)鋼鐵的性能。

俄羅斯科學(xué)家選擇炭黑作為納米材料，這種材料是通過(guò)在石墨電極的電弧放電中生產(chǎn)富勒烯獲得的。經(jīng)過(guò)激光處理后，與傳統(tǒng)的技術(shù)鋼相比，涂有納米結(jié)構(gòu)碳的鐵的硬度增加了五倍多，增強(qiáng)材料的摩擦系數(shù)比初始樣品低20-30%。由此可見(jiàn)，激光加熱不但不會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品變形，還會(huì)減少工藝流程的繁瑣。

激光表面處理，是通過(guò)對(duì)工件表面進(jìn)行設(shè)計(jì)和激光改進(jìn)處理，從而改善其表面性能的方法。它是利用激光束快速、局部地加熱工件，實(shí)現(xiàn)局部急熱或急冷，可在大氣、真空等環(huán)境中進(jìn)行處理。通過(guò)改變激光參數(shù)，可解決不同的表面處理工藝問(wèn)題。工件變形極小，是一種非接觸式處理方法。根據(jù)表面處理目的不同，分為表面改性處理(包括激光上釉、激光重熔、激光合金化、激光涂敷)和去除處理(如激光清洗)。

一般鋼鐵材料在進(jìn)行激光表面相變硬化時(shí)，其表層是熔化的，為了加深表層硬化層才使表層熔化。表層熔化時(shí)，可使合金元素溶入表層基體材料中，以提高表面耐磨蝕性、耐磨性和抗沖擊強(qiáng)度等。這種表面處理有表面合金化、表面涂覆、非晶化和快速熔凝等。

激光熔覆技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，它是使金屬或合金粉粒在激光處理時(shí)完全溶化，同時(shí)盡量減少基體熔化，從而在基體表面形成一個(gè)主要由熔化粒子組成的涂覆層。其潛在開(kāi)發(fā)領(lǐng)域很寬，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效益顯著。

激光熔覆具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）冷卻速度快；

2）熱輸入小，畸變小，涂層稀釋度低；

3）許多金屬和合金能夠熔覆到任何金屬和合金上，特別是能在低熔點(diǎn)金屬上熔覆高熔點(diǎn)合金；

4）能進(jìn)行選區(qū)熔覆，材料消耗少；

5）激光光束瞄準(zhǔn)，能夠使難以接近的區(qū)域熔覆；

6）工藝過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

今天，筆者要為大家介紹激光表面處理技術(shù)在摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上是如何發(fā)揮作用的。

美國(guó)通用汽車公司

美國(guó)通用汽車公司在鋁氣缸蓋氣門座上用激光熔覆一層較硬的耐磨材料，省去了氣門座以及相關(guān)的氣門座壓入工序，氣缸蓋空間尺寸因此也增大，相關(guān)設(shè)計(jì)更合理，成本下降。

日本雅馬哈

日本雅馬哈摩托車為了提高新鮮混合氣體的填充效率，在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)上采用二進(jìn)二排的四氣門機(jī)構(gòu)后，又采用了三進(jìn)二排的五氣門機(jī)構(gòu)，結(jié)果功率提高了10%，燃油消耗降低了50%。這種的結(jié)果是省去氣門座，采用氣門座激光熔覆技術(shù)。使用該技術(shù)的雅馬達(dá)車型有TMD850、YZX750、EF750等。

日本Toyota

Toyota公司也在鋁合金汽缸蓋上激光熔覆銅基合金復(fù)合材料，耐磨性得到了顯著地提高。Fiat最早開(kāi)始開(kāi)展激光熔覆閥座、閥柄、鋁合金汽缸體工業(yè)應(yīng)用的試驗(yàn)研究。

為減輕摩托車重量，國(guó)外已成功地使用增強(qiáng)鋁合金取代鐵子減油缸。這種油缸具有極佳的耐溫、耐磨、耐沖擊等性能，能承受摩托車減振器極苛刻的往復(fù)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。而且重量減輕了2/3，使用壽命提高了3~5倍。

目前，我國(guó)在對(duì)激光熔覆材料、工藝及相關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行深入分析研究的基礎(chǔ)上，成功的將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到新型復(fù)合模具的快速制造、在線模具的表面改性、失效模具的修復(fù)和報(bào)廢模具的翻新利用等領(lǐng)域。