金屬材料激光硬化的原理是利用激光束在金屬材料表面上的吸收來(lái)提高金屬材料的硬度和強(qiáng)度。由于激光本身并不直接參與工件表面層的熱應(yīng)力應(yīng)變，因此，在激光硬化之前需對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。
當(dāng)采用連續(xù)激光束時(shí)，由于激光束具有很高的能量密度，故可以使工件表層很快發(fā)生熱應(yīng)力應(yīng)變并使表層硬度迅速增加。一般金屬材料表面都是經(jīng)過機(jī)械加工的，表面粗糙度很小，其反射率可達(dá)80-90%，影響金屬材料表面吸收光能的效率。為了提高激光在金屬表面的吸收效率，在激光硬化前需要進(jìn)行表面預(yù)處理。表面預(yù)處理的方法有很多種，包括表面粗糙化、噴漆法、磷化法、氧化法、涂裝法等。其中最常用的是噴漆法和磷化法。
這兩種工藝都能達(dá)到表面預(yù)處理的目的，提高激光吸收效率。由于采用了噴涂和烘烤等加工方法，能很好地處理金屬表面的粗糙度、氧化物或腐蝕產(chǎn)物層，并且不需要對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱帶或者熱處理，直接噴涂即可。噴涂的工藝流程簡(jiǎn)單、快速，并且效率高。其工藝流程為：把金屬工件用水洗凈后置于噴氣或等離子體中進(jìn)行加熱或保溫;然后再把表面涂料噴在金屬表面上，經(jīng)過幾分鐘干燥后即可得到致密、均勻的涂層。如果涂層太厚，可能會(huì)出現(xiàn)“燒穿”現(xiàn)象，一般涂層厚度為50-100微米為宜。
在噴漆法中，涂料種類繁多，新產(chǎn)品和配方也在不斷開發(fā)。在眾多的涂料中，有的配方簡(jiǎn)單，有的配方復(fù)雜，但都提高了激光淬火中的激光吸收率，大部分能達(dá)到80-98%以上，完全滿足激光淬火的要求。噴涂的應(yīng)用方法簡(jiǎn)單，易于操作。除噴涂外，可應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)，也可用手工刷涂進(jìn)行零星的臨時(shí)加工和實(shí)驗(yàn)，無(wú)需增加成套設(shè)備。
在激光淬火的預(yù)處理方法中，磷化是許多機(jī)械零件加工的最后一道工序，可以作為激光處理前的表面預(yù)處理。磷化處理分為高溫90-98度，中溫55-70度，常溫25度左右。在激光處理的過程中，由于材料不同，激光處理工藝不同，三種磷化工藝的表面預(yù)處理層(磷化膜)對(duì)激光的吸收率不同，一般認(rèn)為以高中溫磷化最好!
而不同的表面預(yù)處理工藝對(duì)激光的吸收也不一樣，在進(jìn)行激光處理前需要了解!
一般認(rèn)為，表面預(yù)處理時(shí)，磷化膜厚度應(yīng)小于20微米，否則可能會(huì)出現(xiàn)“燒穿”現(xiàn)象，影響后續(xù)工序的質(zhì)量。
在表面預(yù)處理技術(shù)中比較成熟的是氧化法和噴涂法，但是隨著各種材料的不斷發(fā)展，新型材料層出不窮，如納米級(jí)氧化物、金屬陶瓷和金屬涂層等新材料及新工藝層出不窮。因此對(duì)氧化技術(shù)、噴涂技術(shù)提出了更高要求。因此目前國(guó)內(nèi)激光淬火設(shè)備的發(fā)展也是越來(lái)越成熟!