激光热处理介绍及应用
一、公 司 简 介
大族激光（深市代码002008）是中国激光装备行业的领军企业，同时也是亚洲最大、世界第五大激光加工设备生产厂商。武汉大族金石凯激光系统有限公司是大族激光的控股子公司，位于是武汉东湖高新技术开发区“中国光谷”，主要从事高功率激光加工成套设备的研发、生产和销售，湖北省高新技术企业。
公司注册资金8000万元，首席科学家陈清明博士是原华中科技大学激光技术国家重点实验室主任，博士生导师，国家“百千万人才工程”第一层次人才入选者，国家教委跨世纪人才计划入选者，是我国激光领域的学科带头人和技术权威。
我公司是一家技术领先型企业，拥有一支富有竞争力的技术团队，现有博士5名，硕士15名，80%员工具有大专以上学历。拥有专利技术九项，各类专有技术十余项，被武汉市和湖北省认证为高新技术企业。公司掌握了激光器核心技术，并拥有完整自主知识产权，是中国第一台实用化万瓦、2万瓦激光器诞生地，最高可做到五万瓦。2007年又研制成功中国第一台万瓦TEA和第一台一体化万瓦激光器，在高功率和超高功率激光领域处于行业领导地位，美国激光行业权威大卫•百福特博士评价为“金石凯激光代表了中国气体激光行业的最高技术水平”。我公司还拥有光通信核心技术----精密光学薄膜的完整自主知识产权，并达到国际先进水平。
凭借强劲的技术实力，公司承担了数十项各级政府科技项目。其中国家发改委国家高技术产业化示范项目一项，湖北省十大重点工程一项，武汉市十大科技产业化专项一项。另有三项产品被国家科技部列为国家火炬计划重点项目，多个项目分别获得国家创新基金、电子信息产业发展基金、国家发改委光电子专项基金以及湖北省和武汉市多项专项基金的支持。以此为基础，公司在激光热处理设备、齿轮激光焊接设备、香烟激光打孔设备等多个细分市场赢得了市场占有率第
一的地位，初步树立起高功率激光焊接和热处理领域第一品牌的形象。湖北省和武汉市领导罗清泉、辜胜祖、陈训秋、李宪生等视察我公司时，对我公司的这些成绩予以了高度评价。
公司座落于武汉市东湖高新技术开发区内的金石凯科技园为研发、生产基地。科技园占地面积50亩，已完成12000平方米的标准车间及配套用房的一期工程建设，具有各类国际高新技术实验及生产设备，拥有良好的研发生产条件。
公司现有激光加工成套设备、高精密光学薄膜产品两大类近四十种不同型号产品，其中激光加工成套设备包括激光焊接、激光切割、激光热处理成套设备和香烟激光打孔成套设备、激光快速制造设备等；高精密光学薄膜产品包括DWDM用100G/200G介质膜滤光片、CWDM介质膜滤光片、FTTH用滤光片、三端口器件和复用解复用模块等。这些产品多拥有自主知识产权，并多次获得国家及地方级新技术、新成果奖励，为我国机械、军事、钢铁、冶金等行业攻克了多项技术难题。
二．技术负责人简介
陈清明，男，1953年5月2日生；文化革命后清华大学的首批学生，在清华大学就读十年，师从著名科学家李恒德院士，1988年博士论文经李林（李四光之女）、谢希德、陈能宽、郭可信、华中一、邹世昌、王忠烈、蒋民华、周廉等36位（其中有22为当时的学部委员和大学校长或研究所所长）评阅人评为优秀博士论文，获博士学位；1988年9月被破格晋升为副教授、1991年5月经国家教委批准破格晋升为当时华中理工大学唯一的40岁以下的教授；1992年获国家政府特殊津贴；原华中理工大学激光技术国家重点实验室主任，学术带头人，博士生导师；《中国激光》编委和《激光技术》编委；是AAAS（American Asso.Advan.Sci.）的会员，也是国际光学工程师学会SPIE（Int.Soci.Opt.Eng.）的会员。1995年度国家教委《跨世纪优秀人才计划》
入选者。1997年入选国家七部委《百千万人才工程》第一梯队（即21世纪初中国100名知名学科带头人）入选者。1998年入选湖北省111人才工程中10名学科带头人。
近二十年来，陈清明一直从事激光、光电子理论及其应用、固体及薄膜材料科学的研究。先后主持了三个国家自然科学基金资助项目、五个国家“七.五”、“八..五”和“九.五”科技攻关项目、两个国家教委重点科技项目和一个国家教委博士点基金资助项目。承担的十五个科研项目，全部通过了国家或部省级鉴定，其中国际领先水平两项，国际先进水平四项，一项获国家发明奖，两项获国家教委科技进步二等奖，一项获国家“八.五”科技攻关重大成果奖（受到江泽民主席的接见），四项获职务发明专利。1980年以来在国内外重要刊物上发表学术论文190余篇，其中大部分在《中国科学》、《中国激光》、《J.Appl.Phys.》等重要刊物上发表，出版专著（主编）一部。
三．设备的组成
激光热处理成套设备是集光、机、电以及制冷和材料加工技术一体的大型集成设备。该设备能对轴类、辊类、平面类、齿轮类等产品（如油管、结箍、齿轮、缸套、气门、轴、曲柄、连杆、转子、轮盘、飞轮、阀门、叶片、衬板、动静叶环、联轴器、油缸柱塞、抽油泵、电机转子、剪刀、汽车覆盖件、轧辊等等）进行激光淬火、激光熔覆修复、激光合金化，从而达到改善工件的表面性能、提高工件的使用寿命等目的。
设备由激光器、冷水机组、导光系统、数控机床以及其他的辅助设施组成。
四．激光热处理的应用
激光的穿透力极强，当把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时，其表面迅速奥氏体化，然后急速自冷淬火，金属表面迅速被强化，即激光相变硬化。激光热处理就是利用高功率密度的激光束对金属进行表面表面处理的方法，对材料进行相变硬化、表面合金化等表面改性处理，产生用其它表面淬火达不到的表面成分、组织、性能的改变。
激光加工的特点：
高速加热，高速冷却，获得的组织细密、硬度高、耐磨性能好；淬火部位可获得大于400kgf/mm2 的残余内应力，有助于提高疲劳性能；还可以进行局部选择性淬火，通过对多光斑尺寸的控制，更适合其它热处理方法无法胜任的管孔、深沟、微区、夹角和刀具刃口等局部区域的硬化；激光可以远距离传送，可以实现一台激光器多工作台同时使用，采用计算机编程实现对激光热处理工艺过程的控制和管理，实现生产过程的自动化。
设备布置图
随着大功率CO2激光器的发展，用激光就可以实现各种形式的表面处理，许多汽车的关键件，如：钢体、钢套、曲轴、凸轮轴、阀座、排气门、摇臂、铝活塞环槽等几乎都可以采用激光热处理，用大功率CO2激光器对汽车发动机钢孔内壁进行强化处理，可延长发动机大修里程到15万公里以上；激光热处理后的钢体，钢套淬硬带的耐磨性大幅提高，未淬硬带可增加储油，改善润滑性能。
激光熔覆合金层更致密、组织更细小、成分更均匀、耐蚀性和耐磨性更好.根据研究数据,激光熔覆技术应用于气门密封面生产将进一步提高质量.
（一） 激光热处理
激光相变硬化技术、激光退火技术、激光冲击硬化技术、这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用。激光相变硬化(即激光淬火)是激光热处理中研究最早、最多、进展最快、应用最广的一种新工艺, 适用于大多数材料和不同形状零件的不同部位,可提高零件的耐磨性和疲劳强度,国外一些工业部门将该技术作为保证产品质量的手段。
（二） 激光熔覆
激光包覆技术是在工业中获得广泛应用的激光表面改性技术之一, 具有很好的经济性,可大大提高产品的抗腐蚀性。激光表面合金化技术是材料表面局部改性处理的新方法, 是未来应用潜力最大的表面改性技术之一,适用于航空、航天、兵器、核工业、 汽车制造业中需要改善耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能的零件。激光强化电镀技术可提高金属的沉积速度, 速度比无激光照射快1000倍, 对微型开关、精密仪器零件、微电子器件和大规模集成电路的生产和修补具有重大意义。激光上釉技术对于材料改性很有发展前途, 其成本低, 容易控制和复制, 有利于发展新材料。激光上釉结合火焰喷涂、等离子喷涂、离子沉积等技术, 在控制组织、提高表面耐磨、耐腐蚀性能方面有着广阔的应用前景。
（三） 激光淬火的应用
1、激光硬化分类。
激光硬化是快速表面局部淬火工艺的一种高新技术。这种方法主要用于强化零件的表面，可以提高金属材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性以及强度和高温性能；同时可使零件心部仍保持较好的韧性，使零件的机械性能具有耐磨性好、冲击韧性高、疲劳强度高的特点。激光硬化可以大幅度提高产品质量，成倍地延长产品的使用寿命，具有显著的经济效益，已广泛应用于各种行业的许多产品上。
激光硬化一般分为三种工艺：激光相变硬化，激光熔化凝固硬化和激光冲击硬化。它们共同的理论基础是激光与材料相互作用的规律。三种工艺各自的特点主要是作用于材料上的激光能量密度不同，并且与激光作用于材料上的时间有关。
激光表面硬化与常规的硬化工艺比较，其发展历史很短，但从已取得的效果来看，激光硬化处理工艺是一种具有很多特点的表面硬化处理新工艺。其主要特点有：
（1）材料表面的高速加热和高速自冷。
（2）激光硬化处理后的工件表面硬度高，比常规淬火要高5-20%，可获得极细的硬化层组织。
（3）由于激光加热速度快，因而热影响区小，淬火应力及变形小。
（4）可以对形状复杂的零件和不能使用其他常规方法处理的零件进行局部硬化处理。同时，也可以根据需要在同一零件的不同部位进行不同的激光硬化处理。
（5）激光硬化工艺周期短，生产效率高，工艺过程易实现计算机控制，自动化程度高，可纳入生产流水线。
（6）激光硬化靠热量由表及里的传导自冷，无需冷却介质，对环境无污染。
激光硬化时，激光与材料的相互作用可根据激光辐照作用的强度和持续时间分为几个阶段：
把激光辐照引向材料；吸收激光能量并把光能传给材料；光能转变为热能，加热材料达到快速加热、快速冷却、熔化材料的目的，并且不引起材料表面的破坏；材料在激光辐照后的相变或融化凝固或冲击产生晶格畸变及位错，最终达到硬化效果。对材料为GZ65Mn的行车轮进行激光熔覆处理，淬火深度为1mm左右，原来行车轮使用20天磨损比较严重，已不能使用，处理后的行车轮使用60天后进行检查，表面只磨损了几个丝，已是原来使用时间的3倍，此方法主要是利用激光表面相变硬化，使表面硬度提高。炼钢用的滑块，材料为钴基，经激光热处理后，使用寿命大大的提高。
工艺参数：
激光表面相变硬化深度：0.2—1.5MM
激光表面熔凝硬化深度：1.0—2.5MM
采用积分镜进行宽带10MM扫描
（四） 激光熔覆应用
激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。
由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热过程，激光熔覆对基材的热影响较小，引起的变形也小。控制激光的输入能量，还可将基材的稀释作用限制在极低的程度（一般为2%~8%），从而又保持了原熔覆材料的优异性能。
激光熔覆可将高熔点的材料熔覆在低熔点的基材表面，且材料的成分亦不受通常的冶金热力学条件限制，因此所采用的熔覆材料的范围是相当广泛的，包括镍基、钴基、铁基合金、碳化物
复合合金材料以及陶瓷材料等，其中合金材料和碳化物复合材料的激光熔覆较为成熟，并已获得实际应用。
1、常用激光熔覆材料。
目前，激光熔覆常用的材料主要是热喷焊或热喷涂类材料，其类型包括自熔性合金材料、碳化物弥散或复合材料、陶瓷材料等。
这类材料具有优异的耐磨、耐蚀等性能，通常以粉末的形式使用，并采用火焰喷焊等方法熔覆，可获得表面光滑且与基材结合较好的覆层，已被广泛用于机械、冶金、水电、航空、造纸和玻璃等工业。将其用作激光熔覆材料亦可获得较满意的效果，尤其是自熔合金粉末、自熔性碳化物弥散或复合粉末等。
（1）自熔性合金粉末。
自熔性合金粉末可分为镍基自熔合金、钴基自熔合金、铁基自熔合金，其主要特点是含有硼和硅，因而具有自我脱氧和造渣的性能，即所谓自熔性。这类合金在重熔时，合金中的硼和硅被氧化，在覆层表面形成薄膜。这种薄膜既能防止合金中的元素被氧化，又能与这些元素的氧化物形成硼硅酸盐熔渣，从而获得氧化物含量低、气孔率少的喷焊层。硼与硅还降低合金的熔点，增加合金的浸润作用，对合金的流动性及表面张力产生有利影响。自熔合金的硬度与合金的含硼量与含碳量有关，随硼、碳含量的增加而提高，这是由于硼和碳与合金中的镍、铬等元素形成硬度极高的硼化物和碳化物的数量增加所致。
由于基材含有较高的铬等元素，所以合金还具有优异的耐蚀和抗氧化性。
为提高自熔合金的硬度及耐磨性，也可在其中加入较多的WC，形成自熔合金与WC的混合物。
（2）碳化物复合粉末
碳化物复合粉末系由碳化物硬质相与金属或合金作为粘结相所组成的粉末体系。这类粉末中的粘结相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，特别是经预合金化的碳化物复合粉末，能获得具有硬质合金性能的涂层。
（3）自粘结复合粉末
自粘结复合粉末是指在热喷涂过程中，由于粉末产生的放热反应能使涂层与基材表面形成良好结合的一类热喷涂材料，其最大的特点是具有工作粉和打底粉的双重功能。
（4）氧化物陶瓷粉末
氧化物陶瓷粉末具有优良的抗高温氧化能力，还有隔热、耐磨、耐蚀等性能，是一类重要的热喷涂材料，也是目前极受重视的激光熔覆材料。此类陶瓷粉末主要分为氧化铝、氧化锆两个系列，其中氧化锆系陶瓷粉末比氧化铝系陶瓷粉末具有更低的热导率和更好的抗热震性能，因而主要被用作热障层材料。
2、激光熔覆的工艺流程
激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。 预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。
同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。
预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。
同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。 根据同步式激光熔覆的主要工艺流程，简单的介绍型材托辊的加工工艺。
先将型材托辊进行表面预处理，加热到250-260摄氏度，粉末采用镍基粉，送粉器控制粉末的多少决定熔覆层的厚度，激光功率为4KW，加工的旋转速度为120r/min，激光将均匀送下的粉末和基体材料表面同时加热熔化，自冷后镍基材料被附着在基体材料上，达到熔覆的目的，熔覆后硬度由粉末材料决定，镍基粉末熔覆后的硬度在HRC60左右。
激光热处理介绍及应用
一、公 司 简 介
大族激光（深市代码002008）是中国激光装备行业的领军企业，同时也是亚洲最大、世界第五大激光加工设备生产厂商。武汉大族金石凯激光系统有限公司是大族激光的控股子公司，位于是武汉东湖高新技术开发区“中国光谷”，主要从事高功率激光加工成套设备的研发、生产和销售，湖北省高新技术企业。
公司注册资金8000万元，首席科学家陈清明博士是原华中科技大学激光技术国家重点实验室主任，博士生导师，国家“百千万人才工程”第一层次人才入选者，国家教委跨世纪人才计划入选者，是我国激光领域的学科带头人和技术权威。
我公司是一家技术领先型企业，拥有一支富有竞争力的技术团队，现有博士5名，硕士15名，80%员工具有大专以上学历。拥有专利技术九项，各类专有技术十余项，被武汉市和湖北省认证为高新技术企业。公司掌握了激光器核心技术，并拥有完整自主知识产权，是中国第一台实用化万瓦、2万瓦激光器诞生地，最高可做到五万瓦。2007年又研制成功中国第一台万瓦TEA和第一台一体化万瓦激光器，在高功率和超高功率激光领域处于行业领导地位，美国激光行业权威大卫•百福特博士评价为“金石凯激光代表了中国气体激光行业的最高技术水平”。我公司还拥有光通信核心技术----精密光学薄膜的完整自主知识产权，并达到国际先进水平。
凭借强劲的技术实力，公司承担了数十项各级政府科技项目。其中国家发改委国家高技术产业化示范项目一项，湖北省十大重点工程一项，武汉市十大科技产业化专项一项。另有三项产品被国家科技部列为国家火炬计划重点项目，多个项目分别获得国家创新基金、电子信息产业发展基金、国家发改委光电子专项基金以及湖北省和武汉市多项专项基金的支持。以此为基础，公司在激光热处理设备、齿轮激光焊接设备、香烟激光打孔设备等多个细分市场赢得了市场占有率第
一的地位，初步树立起高功率激光焊接和热处理领域第一品牌的形象。湖北省和武汉市领导罗清泉、辜胜祖、陈训秋、李宪生等视察我公司时，对我公司的这些成绩予以了高度评价。
公司座落于武汉市东湖高新技术开发区内的金石凯科技园为研发、生产基地。科技园占地面积50亩，已完成12000平方米的标准车间及配套用房的一期工程建设，具有各类国际高新技术实验及生产设备，拥有良好的研发生产条件。
公司现有激光加工成套设备、高精密光学薄膜产品两大类近四十种不同型号产品，其中激光加工成套设备包括激光焊接、激光切割、激光热处理成套设备和香烟激光打孔成套设备、激光快速制造设备等；高精密光学薄膜产品包括DWDM用100G/200G介质膜滤光片、CWDM介质膜滤光片、FTTH用滤光片、三端口器件和复用解复用模块等。这些产品多拥有自主知识产权，并多次获得国家及地方级新技术、新成果奖励，为我国机械、军事、钢铁、冶金等行业攻克了多项技术难题。
二．技术负责人简介
陈清明，男，1953年5月2日生；文化革命后清华大学的首批学生，在清华大学就读十年，师从著名科学家李恒德院士，1988年博士论文经李林（李四光之女）、谢希德、陈能宽、郭可信、华中一、邹世昌、王忠烈、蒋民华、周廉等36位（其中有22为当时的学部委员和大学校长或研究所所长）评阅人评为优秀博士论文，获博士学位；1988年9月被破格晋升为副教授、1991年5月经国家教委批准破格晋升为当时华中理工大学唯一的40岁以下的教授；1992年获国家政府特殊津贴；原华中理工大学激光技术国家重点实验室主任，学术带头人，博士生导师；《中国激光》编委和《激光技术》编委；是AAAS（American Asso.Advan.Sci.）的会员，也是国际光学工程师学会SPIE（Int.Soci.Opt.Eng.）的会员。1995年度国家教委《跨世纪优秀人才计划》
入选者。1997年入选国家七部委《百千万人才工程》第一梯队（即21世纪初中国100名知名学科带头人）入选者。1998年入选湖北省111人才工程中10名学科带头人。
近二十年来，陈清明一直从事激光、光电子理论及其应用、固体及薄膜材料科学的研究。先后主持了三个国家自然科学基金资助项目、五个国家“七.五”、“八..五”和“九.五”科技攻关项目、两个国家教委重点科技项目和一个国家教委博士点基金资助项目。承担的十五个科研项目，全部通过了国家或部省级鉴定，其中国际领先水平两项，国际先进水平四项，一项获国家发明奖，两项获国家教委科技进步二等奖，一项获国家“八.五”科技攻关重大成果奖（受到江泽民主席的接见），四项获职务发明专利。1980年以来在国内外重要刊物上发表学术论文190余篇，其中大部分在《中国科学》、《中国激光》、《J.Appl.Phys.》等重要刊物上发表，出版专著（主编）一部。
三．设备的组成
激光热处理成套设备是集光、机、电以及制冷和材料加工技术一体的大型集成设备。该设备能对轴类、辊类、平面类、齿轮类等产品（如油管、结箍、齿轮、缸套、气门、轴、曲柄、连杆、转子、轮盘、飞轮、阀门、叶片、衬板、动静叶环、联轴器、油缸柱塞、抽油泵、电机转子、剪刀、汽车覆盖件、轧辊等等）进行激光淬火、激光熔覆修复、激光合金化，从而达到改善工件的表面性能、提高工件的使用寿命等目的。
设备由激光器、冷水机组、导光系统、数控机床以及其他的辅助设施组成。
四．激光热处理的应用
激光的穿透力极强，当把金属表面加热到仅低于熔点的临界转变温度时，其表面迅速奥氏体化，然后急速自冷淬火，金属表面迅速被强化，即激光相变硬化。激光热处理就是利用高功率密度的激光束对金属进行表面表面处理的方法，对材料进行相变硬化、表面合金化等表面改性处理，产生用其它表面淬火达不到的表面成分、组织、性能的改变。
激光加工的特点：
高速加热，高速冷却，获得的组织细密、硬度高、耐磨性能好；淬火部位可获得大于400kgf/mm2 的残余内应力，有助于提高疲劳性能；还可以进行局部选择性淬火，通过对多光斑尺寸的控制，更适合其它热处理方法无法胜任的管孔、深沟、微区、夹角和刀具刃口等局部区域的硬化；激光可以远距离传送，可以实现一台激光器多工作台同时使用，采用计算机编程实现对激光热处理工艺过程的控制和管理，实现生产过程的自动化。
设备布置图
随着大功率CO2激光器的发展，用激光就可以实现各种形式的表面处理，许多汽车的关键件，如：钢体、钢套、曲轴、凸轮轴、阀座、排气门、摇臂、铝活塞环槽等几乎都可以采用激光热处理，用大功率CO2激光器对汽车发动机钢孔内壁进行强化处理，可延长发动机大修里程到15万公里以上；激光热处理后的钢体，钢套淬硬带的耐磨性大幅提高，未淬硬带可增加储油，改善润滑性能。
激光熔覆合金层更致密、组织更细小、成分更均匀、耐蚀性和耐磨性更好.根据研究数据,激光熔覆技术应用于气门密封面生产将进一步提高质量.
（一） 激光热处理
激光相变硬化技术、激光退火技术、激光冲击硬化技术、这些技术对改变材料的机械性能、耐热性和耐腐蚀性等有重要作用。激光相变硬化(即激光淬火)是激光热处理中研究最早、最多、进展最快、应用最广的一种新工艺, 适用于大多数材料和不同形状零件的不同部位,可提高零件的耐磨性和疲劳强度,国外一些工业部门将该技术作为保证产品质量的手段。
（二） 激光熔覆
激光包覆技术是在工业中获得广泛应用的激光表面改性技术之一, 具有很好的经济性,可大大提高产品的抗腐蚀性。激光表面合金化技术是材料表面局部改性处理的新方法, 是未来应用潜力最大的表面改性技术之一,适用于航空、航天、兵器、核工业、 汽车制造业中需要改善耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能的零件。激光强化电镀技术可提高金属的沉积速度, 速度比无激光照射快1000倍, 对微型开关、精密仪器零件、微电子器件和大规模集成电路的生产和修补具有重大意义。激光上釉技术对于材料改性很有发展前途, 其成本低, 容易控制和复制, 有利于发展新材料。激光上釉结合火焰喷涂、等离子喷涂、离子沉积等技术, 在控制组织、提高表面耐磨、耐腐蚀性能方面有着广阔的应用前景。
（三） 激光淬火的应用
1、激光硬化分类。
激光硬化是快速表面局部淬火工艺的一种高新技术。这种方法主要用于强化零件的表面，可以提高金属材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性以及强度和高温性能；同时可使零件心部仍保持较好的韧性，使零件的机械性能具有耐磨性好、冲击韧性高、疲劳强度高的特点。激光硬化可以大幅度提高产品质量，成倍地延长产品的使用寿命，具有显著的经济效益，已广泛应用于各种行业的许多产品上。
激光硬化一般分为三种工艺：激光相变硬化，激光熔化凝固硬化和激光冲击硬化。它们共同的理论基础是激光与材料相互作用的规律。三种工艺各自的特点主要是作用于材料上的激光能量密度不同，并且与激光作用于材料上的时间有关。
激光表面硬化与常规的硬化工艺比较，其发展历史很短，但从已取得的效果来看，激光硬化处理工艺是一种具有很多特点的表面硬化处理新工艺。其主要特点有：
（1）材料表面的高速加热和高速自冷。
（2）激光硬化处理后的工件表面硬度高，比常规淬火要高5-20%，可获得极细的硬化层组织。
（3）由于激光加热速度快，因而热影响区小，淬火应力及变形小。
（4）可以对形状复杂的零件和不能使用其他常规方法处理的零件进行局部硬化处理。同时，也可以根据需要在同一零件的不同部位进行不同的激光硬化处理。
（5）激光硬化工艺周期短，生产效率高，工艺过程易实现计算机控制，自动化程度高，可纳入生产流水线。
（6）激光硬化靠热量由表及里的传导自冷，无需冷却介质，对环境无污染。
激光硬化时，激光与材料的相互作用可根据激光辐照作用的强度和持续时间分为几个阶段：
把激光辐照引向材料；吸收激光能量并把光能传给材料；光能转变为热能，加热材料达到快速加热、快速冷却、熔化材料的目的，并且不引起材料表面的破坏；材料在激光辐照后的相变或融化凝固或冲击产生晶格畸变及位错，最终达到硬化效果。对材料为GZ65Mn的行车轮进行激光熔覆处理，淬火深度为1mm左右，原来行车轮使用20天磨损比较严重，已不能使用，处理后的行车轮使用60天后进行检查，表面只磨损了几个丝，已是原来使用时间的3倍，此方法主要是利用激光表面相变硬化，使表面硬度提高。炼钢用的滑块，材料为钴基，经激光热处理后，使用寿命大大的提高。
工艺参数：
激光表面相变硬化深度：0.2—1.5MM
激光表面熔凝硬化深度：1.0—2.5MM
采用积分镜进行宽带10MM扫描
（四） 激光熔覆应用
激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。
由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热过程，激光熔覆对基材的热影响较小，引起的变形也小。控制激光的输入能量，还可将基材的稀释作用限制在极低的程度（一般为2%~8%），从而又保持了原熔覆材料的优异性能。
激光熔覆可将高熔点的材料熔覆在低熔点的基材表面，且材料的成分亦不受通常的冶金热力学条件限制，因此所采用的熔覆材料的范围是相当广泛的，包括镍基、钴基、铁基合金、碳化物
复合合金材料以及陶瓷材料等，其中合金材料和碳化物复合材料的激光熔覆较为成熟，并已获得实际应用。
1、常用激光熔覆材料。
目前，激光熔覆常用的材料主要是热喷焊或热喷涂类材料，其类型包括自熔性合金材料、碳化物弥散或复合材料、陶瓷材料等。
这类材料具有优异的耐磨、耐蚀等性能，通常以粉末的形式使用，并采用火焰喷焊等方法熔覆，可获得表面光滑且与基材结合较好的覆层，已被广泛用于机械、冶金、水电、航空、造纸和玻璃等工业。将其用作激光熔覆材料亦可获得较满意的效果，尤其是自熔合金粉末、自熔性碳化物弥散或复合粉末等。
（1）自熔性合金粉末。
自熔性合金粉末可分为镍基自熔合金、钴基自熔合金、铁基自熔合金，其主要特点是含有硼和硅，因而具有自我脱氧和造渣的性能，即所谓自熔性。这类合金在重熔时，合金中的硼和硅被氧化，在覆层表面形成薄膜。这种薄膜既能防止合金中的元素被氧化，又能与这些元素的氧化物形成硼硅酸盐熔渣，从而获得氧化物含量低、气孔率少的喷焊层。硼与硅还降低合金的熔点，增加合金的浸润作用，对合金的流动性及表面张力产生有利影响。自熔合金的硬度与合金的含硼量与含碳量有关，随硼、碳含量的增加而提高，这是由于硼和碳与合金中的镍、铬等元素形成硬度极高的硼化物和碳化物的数量增加所致。
由于基材含有较高的铬等元素，所以合金还具有优异的耐蚀和抗氧化性。
为提高自熔合金的硬度及耐磨性，也可在其中加入较多的WC，形成自熔合金与WC的混合物。
（2）碳化物复合粉末
碳化物复合粉末系由碳化物硬质相与金属或合金作为粘结相所组成的粉末体系。这类粉末中的粘结相能在一定程度上使碳化物免受氧化和分解，特别是经预合金化的碳化物复合粉末，能获得具有硬质合金性能的涂层。
（3）自粘结复合粉末
自粘结复合粉末是指在热喷涂过程中，由于粉末产生的放热反应能使涂层与基材表面形成良好结合的一类热喷涂材料，其最大的特点是具有工作粉和打底粉的双重功能。
（4）氧化物陶瓷粉末
氧化物陶瓷粉末具有优良的抗高温氧化能力，还有隔热、耐磨、耐蚀等性能，是一类重要的热喷涂材料，也是目前极受重视的激光熔覆材料。此类陶瓷粉末主要分为氧化铝、氧化锆两个系列，其中氧化锆系陶瓷粉末比氧化铝系陶瓷粉末具有更低的热导率和更好的抗热震性能，因而主要被用作热障层材料。
2、激光熔覆的工艺流程
激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。 预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。
同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。
预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。
同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。 根据同步式激光熔覆的主要工艺流程，简单的介绍型材托辊的加工工艺。
先将型材托辊进行表面预处理，加热到250-260摄氏度，粉末采用镍基粉，送粉器控制粉末的多少决定熔覆层的厚度，激光功率为4KW，加工的旋转速度为120r/min，激光将均匀送下的粉末和基体材料表面同时加热熔化，自冷后镍基材料被附着在基体材料上，达到熔覆的目的，熔覆后硬度由粉末材料决定，镍基粉末熔覆后的硬度在HRC60左右。