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三. 目前激光強化技術在民用刀具制造的應用

民用刀具量大面廣，有：廚刀、剪刀、剃須刀、粉碎刀等，目前刀具失效原因主要在刀刃，如刃口磨損、崩刃、腐蝕等，為了達到經久耐用的目的，一般制造工藝方法是：1）采用整體高性能合金材料，如高速鋼等2）采用復合鋼，如復合鋼板刀剪等3）刃口鑲焊硬質合金材料，如硬質合金、陶瓷、高速鋼等。前兩種方法原材料要求較高，制造成本較高；而后者由于鑲焊往往為材料硬脆性材料，給制造工藝帶來困難，如硬質合金與基體的鑲焊強度、硬質合金鑲焊長度有限等，使用壽命受到影響。

激光堆焊是繼激光熔覆技術上發(fā)展起來的一項新的激光加工技術，借鑒傳統(tǒng)的堆焊技術優(yōu)點，用大功率激光為加熱源，對同步送入的合金焊絲與基體表層同時快速熔化，得到和基體完全冶金結合的并具有特殊性能（耐磨、耐蝕、耐熱等）的表層，形成復合層，用于制造雙金屬刀具。而激光合金化則是在基體的表面熔融層內加入合金元素，從而形成以基材為基礎的新的合金層，達到表面改性，刃口強韌化的目的。

綜合上述技術的優(yōu)點，把這一技術應用于刀具材料表面強化處理，則是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一，尤其對于陶瓷、硬質合金刀具這種高硬度、耐熱性好等優(yōu)點，有利于提高加工效率和加工精度，并能對難加工材料如淬火鋼在不利的加工條件下進行切削加工。由于它們強度相對較低，韌性和可$&*性較差，嚴重地限制了它們的應用范圍，因此把激光表面強化技術應用于陶瓷、硬質合金刀具具有深刻的研究意義和廣闊的應用前景。

目前，國內外提高刀具抗磨損的方法主要分為兩類：一種是常規(guī)的表面處理法，如采用非常規(guī)的表面淬火方法、激光熔覆的方法（覆層的合金粉多為Ni、Co基自熔合金或添加粗顆粒的碳化鎢或者采用激光厚層熔覆，這類方法比較適用于磨粒磨損很高的工況，例如，礦山、石油、農機等采掘工具）等，其存在的缺點就是易產生裂紋等缺陷。另一種是最近發(fā)展起來的涂層刀具，此類方法的缺點就是沉積涂層較薄。這兩種方法都有其不同程度的缺點。前者是通過材料本身發(fā)生的顯微組織轉變來提高硬度及耐磨性，因而只對碳鋼有效，而對硬質合金、高速鋼材料的刀具材料而言則效果不明顯，采用后者不僅涂層較薄，涂層沉積時間較長，而且實際使用中常常發(fā)生剝落現象。

以下為激光表面強化技術在刀具材料改性中的應用實例。

3.1 家用廚刀激光熔覆表面改性

采用激光涂層在常用的不銹鋼廚刀刃口進行薄層快速熔覆，得到涂覆層均勻、高耐磨的刀具刃口，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的刀具生產工藝，改造其產業(yè)提高刀具（廚刀）產品的內在質量和附加值。通過對涂層材料的配比、激光涂層性能等方面的分析研究，開發(fā)出與“懶漢刀”同等水平的廚刀并將其實用化。通過優(yōu)化工藝采用預置式合金粉末得到了無裂紋、一定硬度涂層的厚度、變形小、回火帶窄的刃口?？梢钥闯?，熔覆層均勻覆蓋在刀刃上。

對斷面分析，從外向內可以明顯的看出分為4個區(qū)域：熔覆層、硬化過渡區(qū)、回火區(qū)和基體材料。

3.1.1 熔覆區(qū)

該區(qū)以涂層材料為主要成分，硬度較高HV990-1300，厚度0.02-0.08mm，其中大量未熔的硬質顆粒，起到了彌散強化的作用。涂層過厚易形成裂紋，影響使用，通過優(yōu)化工藝參數，得到了既無裂紋、硬度高、表面光潔，與基體呈良好冶金結合的涂層，而這一涂層正是提高刃口磨損性能的關鍵。

3.1.2 硬化過渡區(qū)

這一區(qū)域包含與熔覆層相接的合金化層，與回火區(qū)相接的淬火區(qū)，占硬化層的80%，硬度層硬度平緩過度，組織主要是過度細化的馬氏體和碳化物。

3.1.3 回火區(qū)

由于掃描速度的加快，回火區(qū)變窄，組織為索氏體及碳化物?；鼗饏^(qū)的存在有利于保持刃口的韌性，在高硬度沖擊情況下不至于斷裂。

3.2 激光熔滲納米改性強化刀具

激光熔滲是一種結合激光熔覆工藝和激光合金化工藝的表面改性的方法。將其運用到園林刀具生產過程中，可以對不同類型的刀具進行激光表面改性強化。納米材料較之微米級材料具有更好的力學性能，涂覆于基體表面的納米合金粉在高密度的激光束作用下快速熔凝，以部分納米硬質合金顆粒滲入到基體材料當中，起到了微合金化作用，而刀具表面又可以獲得納米晶的覆層，因而不僅提高了強韌性及耐磨而且還加深了刀具刃口的硬度層深，延長了刀具的使用壽命。

刀片經過激光處理后，在表層形成明顯的硬化層，硬度呈現梯度變化，心部仍保持原來的組織。這樣使得表層硬而耐磨，芯部保持韌性，而且運轉過程有“自銳性”效果，使得刀片的使用壽命延長。該刀片的厚度為1.5mm，硬化層深度為0.18mm，表層白亮層為合金碳化物，馬氏體,硬度為HV0.2 820-766，心部為回火屈氏體，硬度為HV316 。

四、激光強化技術在刀具材料改性應用的展望

目前國內外對工程陶瓷與硬質合金材料的研究有一定的進展，另一方面激光對刀具進行表面強化處理屬當前機械加工領域的前沿，用強激光束對代替某些熱處理是一種有效的方法，結合當前納米技術的發(fā)展，在這三個方向的基礎上找到它們的結合點，參照同類近似的研究方法，對陶瓷、硬質合金的激光強化機理及技術進行研究，提出了在以后研究工作中將通過對高耐磨/耐蝕/耐熱納米硬質粉材（陶瓷、復合材料等）的研制及配比、激光納米強化層性能、激光厚層堆焊工藝與硬質合金材料等方面的分析研究，針對不同刀具采用相應的工藝，利用普通的刀具材料開發(fā)出提高刀具刃口強韌性、耐磨性及使用壽命的新產品，獲得對各種刀具類材料激光堆焊復合、納米合金熔滲及產品化實用化的總體工藝技術，使其能滿足實際生產的復雜要求，尤其是克服陶瓷刀具材料脆性大、可靠性低等缺點，為改進硬質合金和陶瓷材料增添了一條有效的途徑。

相信激光合金化表面強化技術在刀具材料改性中具有廣泛的應用范圍和廣闊的應用前景。