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。因此目前國內(nèi)激光淬火設(shè)備的發(fā)展也是越來越成熟!