CN1087353C - 激光引发的表面改进 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍了一种处理易受腐蚀的金属表面的方法、装置和所形成的处理过的表面，该方法通过对前体合金化材料和金属基底进行激光处理，在金属的表面和次表面中形成了保护性合金。还公开了利用后处理使激光合金化的金属表面变光滑的方法，以及光滑的激光合金化的金属部件。

Description

激光引发的表面改进
本发明的领域涉及对易受氧化、腐蚀和生锈的金属表面进行处理和制造尽可能没有光滑偏差的具有光滑表面的部件，以及具有光滑和/或平整表面的金属产品。
暴露的金属表面，例如钢和铝，易发生腐蚀、生锈、氢脆和磨损火花腐蚀。通常，这些表面用油漆、包层、涂布或电镀等方法保护。但是，这些方法需要频繁地重复施用，而且在保护层与基底的连接处易发生保护层自基底表面上剥落和分离。
不存在高低不平的表面光滑的金属表面是在许多领域中使用的设备的一个重要组成部分，例如用于制备诸如果酒、啤酒、牛奶、果汁等食品或精细化学品的槽和桶的壁面(内壁和/外壁)。这类设备的壁面光滑度的缺陷或变化可能会造成灰尘、锈斑、杂质、细菌或食品颗粒及其它不良物质的累积。
目前，这类设备一般由抛光成光滑表面的不锈钢制成。不锈钢价格昂贵，且其表面不可能做到绝对光滑。因此，有必要使用一种比不锈钢便宜的金属基底作为结构部件，并且能将它做成与用不锈钢得到的至少同样光滑或者更光滑。
因此，本发明的目的是为易发生氧化、腐蚀和生锈的金属表面提供一种表面合金层，用于保护金属表面，不发生现有表面处理中的剥落和分离，也无需频繁地重复施用。
这一目的和其它目的是根据本发明的一种方法实现的，在该方法中通过在基底的表面和次表面中形成合金来处理表面或保护它免遭腐蚀。与诸如涂布、包层、油漆和电镀等保护金属表面的其它方法不同，这种合金构成了基底整体的一部分。
本发明包括以下技术方案：
1.一种在金属基底的表面形成合金的方法，该方法的步骤包括以受控的速度向表面上施加合金化前体材料并利用激光束使表面和前体合金化材料熔化，形成前体合金化材料与基底的合金，测量指示合金化深度或化学组成的一个或多个参数，根据上述至少一种测量控制前体和激光束的施加速度，和使该合金凝固。
2.上款1的方法，其中前体合金化材料是铬。
3.上款1的方法，其中前体合金化材料是CrO3。
4.一种具有激光合金化表面的金属部件，该表面已经变光滑，该光滑的表面基本上无不光滑区。
5.上款4的金属部件，其中变光滑的表面是平面。
6.上款4的金属部件，其中变光滑的表面象镜面一样。
7.上款4的金属部件，其中金属部件的表面有凸起和/或低凹的区域。
8.上款4的金属部件，与用不同于激光处理的其它方法合金化的类似的合金化金属基底的光滑表面相比，其中的表面同样光滑或者更光滑。
9.上款4的金属部件，它是选自铁、钢、镍和铝或其合金的一种基底。
10.上款4的金属部件，其中的金属基底与铬形成合金。
11.上款10的金属部件，其中除铬以外，还有选自铜、锰、铝、镍、钼和硅的一种或多种元素与金属基底形成合金。
12.上款4的金属部件，其中金属基底的表面已用机械方法变光滑。
13.上款12的金属部件，其中的机械方法选自机械加工、研磨、砂磨、珩磨、碾磨、擦光、镗削和抛光。
14.一种在激光合金化金属部件上得到光滑表面的方法，其中包括通过去除部分厚度的合金使合金化的表面变光滑，从而得到比光滑处理前更光滑的表面。
15.上款14的方法，其中用一种或多种机械方法进行光滑处理。
16.上款15的方法，其中的一种或多种机械方法选自机械加工、研磨、砂磨、珩磨、碾磨、擦光、镗削和抛光。
17.上款14的方法，其中的金属选自铁、钢、镍和铝或其合金。
18.上款14的方法，共中金属部件与铬形成合金。
19.一种将金属工作件的表面区中合金形成控制到预定深度的方法，该方法包括：
a.在金属工作件的表面上施加一种含有合金化前体的粘合剂；
b.用从激光传送系统发出的激光束，以足够的功率和足够的持续时间辐照工作件表面和合金化前体，使工作件表面和该前体熔化，同时利用移动系统使工作件和前体相对于激光束运动；
c.在辐照期间测定工作件表面的温度；和
d.根据测定的温度控制激光束功率，以便控制工作件中合金化的深度。
20.上款19的方法，其中通过改变激光的脉冲周期来控制激光束的功率。
21.上款19的方法，其中还包括向工作件正受辐照的区域施加反应气的步骤。
22.上款21的方法，其中该反应气是一种还原性气体。
23.一种将金属工作件的表面区中合金形成控制到预定深度的方法，该方法包括：
a.向金属工作件的表面施加一种含合金化前体的粘合剂；
b.用激光器传送系统发出的激光束辐射工作件表面和前体合金，同时利用移动体系使该工作件和前体相对于激光束运动；和
c.测定激光/表面交界处的发射光谱数据；
d.将该发射光谱数据传送到反馈控制系统；和
e.根据发射光谱数据，利用反馈控制系统来控制激光束功率，以便控制工作件内合金化的深度。
24.上款23的方法，其中所述的调节使用一个反馈控制系统，该系统包括一个与移动系统和激光传送系统连接以接收其信息的控制器。
25.上款23的方法，其中该移动系统接收指示激光束相对于工作件的位置的图象数据。
26.上款23的方法，其中该控制器接收指示合金化过程物理动力学的声信号。
27.一种控制相对于激光束运动的金属件的激光合金化深度的装置，该装置包括：
a.一个激光束传送系统，它能根据光束控制信号以所要求的效率和功率传送激光束脉冲；
b.一个移动系统，它能在由激光束传送系统发出的激光束和受该光束辐照的工作件之间产生相对运动，这种移动根据运动控制信号以所要求的速度并在所要求的距离增量上发生；
c.一个前体施加系统，它能以所要求的速度和厚度在运动的工作件的表面上施加前体；
d.一个控制系统，它能接收指示一个或多个工艺参数的输入信号，对这些信号进行处理，将光束控制信号传送给光束传送系统，向移动系统传送移动控制信号，以便控制工作件的激光合金化深度，该工作件藉助移动系统相对于自光束传送系统的激光束运动；和
e.至少一个定位的温度传感器，用以测量受到由光束传送系统传送的激光束辐照的工作件表面温度，该传感器与控制系统相连，以便向控制系统传送指示表面温度的信号。
28.上款27的装置，其中该温度传感器能进行高温温度测量。
29.上款27的装置，其中还包括一个定位的视频成像装置，用于形成工作件受激光束辐照的区域的视频图象，该成象装置与控制系统相连，从而可以将视频图象传送到控制系统。
30.上款27的装置，其中还包括一个定位的发射光谱测定装置，用以测定由在受激光束辐照的工作件表面形成的等离子体发出的发射光谱，该测定装置与控制系统相连，从而可以将发射光谱数据传送给控制系统。
31.上款27的装置，其中光束传送系统包括一个红外检测器，它能测定激光功率的涨落并将激光功率的信号传送给控制系统。
32.上款27的装置，其中的前体施加系统能根据施加控制信号以所要求的速度施加前体，且该控制系统能向施加系统传送施加控制信号。
33.上款27的装置，其中还包括一个定位的气体传送系统，用以向工作件正受到来自光束传送系统的激光束辐照的区域传送气体。
34.上款33的装置，其中的气体传送系统能根据气体控制信号以受控的流动速度传送气体，而且控制系统能将气体控制信号传送给气体传送系统。
35.上款33的装置，其中由气体传送系统传送的气体是一种还原性气体。
36.上款33的装置，其中由气体传送系统传送的气体是一种保护气。
本发明的方法将称作“激光诱发的表面改进”(或LISI方法)，根据该方法，将一种所要求的成合金金属施加在要处理的金属表面上并用激光光束辐照。此法在金属表面上形成了合金。用于实施本发明方法的系统的主要部件是一个激光器，一个相应的传送系统，移动系统，控制系统(包括质量控制)和前体合金化材料，例如在粘合剂中的粉末。
在本说明书中，术语“光滑”或“光滑度”意味着不存在“粗糙”或“粗糙度”。“光滑”是不存在与光滑表面相背离的现象，例如缺陷、隆起、低陷、波动或其它不规则性的同义语。例如，一个完全光滑的平表面是一个完全平整的表面，而一个完全光滑的圆表面是完全圆的表面，没有背离圆的表面缺陷。在本说明书中，术语“平整的”是用来代表一个平的表面。术语“光滑”也包括平整的平的表面。
本发明的金属件可以具有任何物理构型，例如平板，矩形，圆形，方形，多边形，凹形，凸形等，包括它们的任何组合。
动词“变光滑”是指对合金化的表面进行处理，以便使其比处理前更光滑。在本说明书中，术语“变光滑”还与例如“除去高低不平处”、“消除或减小与平面的偏离”以及“使变平”等表述一起使用。
本领域技术人员应该理解，根据金属件预定的具体应用的需要，光滑度或平整度可以在“完美”与不太完美之间变化。
本发明的一项出乎意料的实施方案是一种激光合金化的金属基底，它有一个表面比未经激光合金化的金属基底光滑。
本发明的另一实施方案是一种使已经用激光方法合金化的金属件或金属另件的表面变光滑的方法。根据本发明的方法，使激光合金化的金属基底变光滑，以得到比未经光滑化的相应的激光合金化的金属部件或未经激光合金化的金属表面更为光滑的部件表面。
关于LISI方法，实施此方法的装置和所产生的处理过的金属表面的进一步细节，可联系以下附图参考下面的说明。
图1A、1B和1C是根据本发明用激光引发表面改进的示意性横截面图。
图1D和1E是示于图1A、1B和1C中的横截面图解表示。
图2是实施本发明方法的系统的方框图。
图3是一个典型的激光传送系统的横截面图。
图4表示在两组交叠的轨道中与铬激光合金化的钢件。这些轨道形成了有波纹的表面，相邻轨道之间的接触造成了平行的隆起地带的形成。
图5表示一个与铬用激光合金化的钢件，其中激光轨道间距比图4中的样品小。在相邻轨道之间的接触处存在隆起带。
图6表示已经用机械方法作平面抛光的图5钢件。钢件的一部分经过激光合金化(标记A)，一部分未经激光合金化(标记B)。部分A和B都按相同的方式进行机械处理。激光合金化的部分在机械处理后比未经激光合金化的表面明显地更为光滑。用触摸和/或表面光度仪肉眼可发现部分A的光滑度增高。
最终形成的本发明产物是已经大大改善了的表面。例如，在钢基底的情形，按照LISI方法用铬处理得到的产品基本上构成一种不锈钢的等价物。在这样一种实施方案中，将足量的铬以及可能的镍加到基底的细薄(小于500μ)区，形成了不锈钢等价物，它由于各种铬的碳化物的形成而非常坚硬。
所形成的不锈钢等价物是不锈的，且高度耐腐蚀和耐磨。因此，钢结构可以保持使用而无需定期更换，而更换则要求使用由不锈钢形成的替换部件(其价格昂贵，含大量铬)。
另外，在施用本发明方法之前，钢基底不需要事先清洗。实际上，适度的一层氧化物会有助于激光束的吸收，从而加速整个过程。
要处理的金属可以是任何结构金属，包括黑色及有色金属，例如铝、镍、铁或钢，如1010号钢或A36钢。在一项优选的实施方案中，基底金属是碳素钢，也称作“低碳”钢。合金化金属指的是与结构金属(基底)合金化，可以包括铬、铝、锌、铜、镍、钼、锰、钴、硅、钨、钛及它们的合金。适合用于本发明方法的其它前体合金材料包括贵金属，例如金、银、铀和钯，以及它们的合金。在一项优选的实施方案中，前体合金材料是铬或铬合金。
前体合金材料可以以粉末形式或者作为浆料中的一种组分施用。在一项优选的实施方案中，前体合金材料是与粘合剂混合的粉末，可以用喷雾或涂刷的方法施加到金属表面上。粘合剂可以是有机树脂或漆料，或者可以是水溶性粘合剂。如下所述，粘合剂在加工期间被烧掉，因此在最终产品中的存在量无足轻重。
将施加了前体合金材料的基底金属加热到足以使基底金属熔化的温度。结果，前体合金材料与熔化的基底混合并形成合金。
在一项实施方案中，前体合金材料是水溶性粉末的形式(CrO3)。此粉末在与水混合时颜色变成粉红，因此可以看出它被施加在何处。粉末在施用时硬化形成薄膜。如下所述，当对薄膜加热时，CrO3解离，铬与熔化的金属基底混合。在另一实施方案中，前体合金材料是Cr，它在施加于基底上时变成灰色，同样可以看出它被施加于何处。
优选以激光作为热源来熔化基底(例如钢)，因为激光能产生足以熔化所要求的基底材料例如钢、铁、镍和铝的温度，并能被仔细地控制以限制基底熔化的深度和输入到块体材料中的总热量。在本发明方法中适用的激光器可以是各式各样激光器中的任何一种，只要它能提供聚焦或散聚的光束，该光束能熔化前体合金材料和基底的一部分表面及次表面。合适的激光源包括CO2和Nd：YAG激光器。YAG激光器优于CO2激光器，因为YAG激光可以通过光导纤维传送，从而可以传送得更准确，而且YAG波长能被金属更容易和更有效地吸收。
本发明方法的各种参数，包括前体合金化材料的数量及激光参数，可以根据要求改变以形成特定深度和结构的合金。还要考虑的是某些基底比其它基底能耐受更高的温度而不形成裂隙和孔。因此，虽然本文对LISI方法及几个具体实施例作了一般说明，本领域技术人员将会理解，所采用的参数可以根据基底材料和所希望的结果自由地改变。
本发明方法的基础是，通过加上一种前体合金金属并施加高能源如激光，进行金属材料表面和次表面的物理与化学改性。前体合金材料被沉积在要处理的基底表面上。或者是如下所述，前体合金材料可以在激光/基底相互作用期间由其形成。利用激光处理使基底表面和前体合金材料熔化，在基底的表面和次表面上形成合金。最好是在激光/表面相互作用区域的附近提供一种保护气，例如惰性气体(即，周期表零族的气体元素)，它可以含有一种还原性气体例如氢气。在这种激光表面处理之后，令合金化的区域冷却并固化，最好是由于周围的(大)部分基底材料在处理期间保持冷却而被快速骤冷。
与金属表面处理的常规方法相比，LISI法有几个优点。本发明的方法是一种非接触法，因此完全不存在工具磨损和机械应力。此方法快捷。例如，用单个激光器每分钟可处理0.02-0.04平方米(30-60平方英寸)的面积。本发明的方法可以在选择的和局部的区域进行，这避免了对不必要的材料的加工，从而节约成本和时间。本发明方法很适合摇控加工和自动化，减少了人员所冒的危险，并提高了加工的准确性。
此外，本发明方法只造成基底表面和次表面区的改性，其深度为1-5微米至约2毫米。典型的改性深度是在约50至500-600微米之间。基底的其余部分(深至改性区)保持不变，正象与激光处理区相邻的金属基底部分一样。
本发明方法形成了一个表面和次表面合金化层，这不是涂层，而是基底材料的一个固有部分，没有明确的界面。因此，避免了合金化区域从基底的其余部分上剥落或分离的问题。
本发明方法需要的前体合金化材料数量很少，甚至无足轻重。为保护基底所需的前体合金化材料的数量大大少于将基底涂敷或电镀所需的数量(常常小2-500倍)。另外，本发明方法是一种一次法。即，不需要象传统的涂布法一样对基底进行检查和重新涂布。
再者，通过改变前体合金化材料的成分和激光束参数，可以在基底的表面和次表面区内合成非常规和非传统的合金。例如，根据本发明可以合成出Al-W、Al-Cr、Ni-Au、Al-Si-C、Al-Ti-C或Al-W-C合金。
LISI方法使用可自聚焦或散焦的激光源得到的高功率密度来焙化合金材料及一部分底层材料。因为熔化迅速发生，且只发生在表面，大部分材料保持冷却，所以产生了快速的自骤冷和固化作用。因为由液相迅速冷却，各式各样的化学状态和微结构状态被保留下来。这包括合金化元素高度浓集在原子表面附近且在很浅的深度上浓度减小的化学分布型式，以及在整个熔化区内浓度到处相同的均匀分布型式。观察到的微结构的类型包括从具有清晰晶相的固溶体到金属玻璃。
激光表面处理已用于在AISI 1018钢基底上原位形成Fe-Cr-C合金。用铬对碳素钢的这种处理产生了细粒结构的铁氧体、板条马氏体和复杂的碳化物(M23C6)沉淀。马氏体的结构发生位错，而马氏体的晶体结构是体心立方。固体溶解度的增加和高的冷却速度首先产生了马氏体及高温铁氧体，随后形成M23C6(面心立方)碳化物沉淀。这些碳化物沉淀在基质中均匀分布，铬含量高。在表面和次表面区中新产生的合金不显示任何保留的奥氏体相。碳素钢内的这些变化形成了一个耐腐蚀性和耐磨性改进的表面。
LISI方法可以用在未被腐蚀的或者新的金属表面上以便产生一个表面和次表面合金化区，防止基底的腐蚀、氧化、氢脆和磨损火花腐蚀。在一项优选的实施方案中，要处理的金属表面是碳素钢。
LISI方法还可以用于改善已被腐蚀的现有金属表面，例如钢。本发明方法能消除已有的腐蚀并抑制进一步腐蚀。因此，本发明方法使被氧化的表面再生或复原，并抑制或防止进一步的腐蚀、氧化、氢脆和磨损火花腐蚀。此方法除去锈并使表面抗锈。另外，这种LISI方法还改进了被腐蚀的表面的质量，提高了生锈表面的光滑度及耐磨性。当用本发明方法处理已被氧化(腐蚀或生锈)的表面时，不象传统的涂布技术所要求的必须除掉被氧化的表面。牢固地附着在基底表面上的锈可以留在表面上。但是，脱离的或剥落的锈应该在处理前用软刷或其它合适方法除掉。
LISI方法也可以用于把贵金属(例如金、银、铂或钯)熔合到例如镍或其合金的一种金属基底中，形成具有改性表面的超级合金，它对氢脆的敏感性减小。宇航工业目前要在镍表面上施加一个几百微米的金涂层。LISI法可以使保护这类表面的成本大大降低，因为所需要的金量只是使表面的几个原子层合金化的金量。仅仅几微米，例如1或者2至5微米深度的基底与金熔合形成合金。由于只需要很薄的金涂层，所以本发明方法能将保护这类表面所需的金量减少2-500倍。此外，LISI方法还可以进一步节省时间和费用，因为此方法与必须定期重新施用的传统涂布法不同，它不需要重复进行。
LISI法还可以用来在金属表面上形成非传统的合金。在一项优选的实施方案中，金属基底是铝或铝合金，而成合金的金属是钨、铬、钴、锰、镁或镍。通过改变LISI方法的参数(即，基底和前体合金材料的成分及与激光有关的参量)，可产生不同的合金。
使用CO2激光器或Nd：YAG激光器的LISI方法，都还可以用于利用铬粉和碳化钨粉改进铝合金的表面(如7075)。LISI方法还已用于使用金改进镍合金的表面(商品名称：“Hastelloy”，Haynes International，Inc.，Kokoma，Indiana)。
激光合金化的金属基底可以通过后处理变得光滑。光滑度可以根据金属基底的预定用途而变。例如，可以将激光合金化的金属表面变成比相应的未变光滑的激光合金化金属只略微更光滑些。或者是，可以使激光合金化的金属基底的表面光滑或镜面质量，实际上没有形貌缺陷或与形貌平整完美性的偏离。通过改变后处理的参数，例如得到光滑度的实际方式和在光滑处理中使用的力及时间长短，可以达到在上述两种光滑度之间的任何光滑度。
光滑度可以用任何合适的方法测定。根据所需要的测定准确度，光滑度可以通过感觉、观测(例如利用金属基底表面的反射光)或仪器方法测定，仪器方法的实例有表面光度仪或光学表面光度仪，利用它们可以相当准确地测定光滑度或平整度。
光滑或平整的激光合金化的金属表面可以是用于盛放液体或化学品的桶或槽(例如在食品、化学、运输或其它工业中使用的槽)的一部分。或者是，光滑的激光合金化的金属表面可以是风洞的内表面，它可能会提供关于空气湍流和对气流的阻力的更准确的测量。任何希望有一个光滑的金属合金化基底表面的应用场合均可以由本发明这种光滑的激光合金化的金属基底构成。所谓“表面”是打算将物体的内表面包括在内，这可以通过对合金表面进行处理并随后将金属件“闭合”从而使其位于金属件(例如管形)的内部来实现。
可以用任何适合将金属物体变光滑或平整或者无形貌不规则性的方法进行光滑处理，包括机械方法，例如机械加工，化学方法以及物理状态改变，例如熔融和再固化，或者浮置在熔融的金属上，如在美国专利3,083,551中所公开的，该专利在本文中引用作为参考。现在，相当常规的作法是用物理方法如机械法来减小合金化表面上的粗糙度或不规则性。机械法可以用对金属基底进行机械加工的任何合适方法进行，包括研磨、搪磨、磨光、镗削、碾磨、砂磨、抛光等。
根据本发明的方法，将激光合金化的金属基底的表面全部或部分变光滑。按照本发明，合金化的表面不需要全部变光滑或平整。该表面可以限定低凹(凹陷)的下陷区，和/或相反地，根据某种需要形成凸起区。但是，根据本发明，这些凸起和/或低凹区的边面是光滑的。例如，一个平的激光合金化的金属基底可以用其旋转轴与金属基底平行的旋转的修光装置(如侧向施用的钻头)将基底表面的一部分弄光滑。用这种方式，可以得到光滑的圆形低凹区，它的一侧或两侧由修光或未修光的平面基底凸起区限定。
根据本发明，使激光合金化的金属基底的表面变平整或光滑是在任何有足够厚度的激光合金化表面层上进行的，因此光滑处理将优选不影响合金化层的完整性或者除掉整个厚度的合金化层直到露出下面未经激光合金化的金属基底。激光合金化的基底的合金化的厚度可以从几微米(如约10微米)到约2000微米或更大，通常是约50至600或2000微米或更大。
光滑或平整操作的时间长短将根据表面、使用的方法和所要求的平滑或光亮程度从几秒钟到一小时或更长时间变化。
本发明的光滑方法可以在将合金化金属用于制备成品(例如槽)之前在激光合金化的金属部件上进行，或者原位进行，即，作为成品的一部分进行。此方法可以在部件的一面或多个面上进行。
在以下的非限制性实施例中示例说明了根据本发明方法对用铬激光合金化的基底的光滑处理。这种光滑处理可用于用非铬金属或除铬外还有其它金属(例如上面列出的那些)激光合金化的基底。
除上面讨论的本发明方法的应用之外，根据本发明的内容，其它用途对于本领域技术人员是显而易见的。
图1A、1B和1C示意画出了LISI方法。如图1A中所示，在激光表面处理之前，前体合金材料1是在基底2的表面上，前体合金材料与基底之间有清晰的界面(图1D)。在激光处理期间，如图1B中所示，一个高能量激光源3(例如，对于大多数应用，大于1KW)指向前体合金材料层1和基底2，造成了处理过的合金化区4和未受处理的未合金化区5。在激光表面处理之后，如图1C中所示，在基底2表面上的几微米(如1-5微米)的合金化区4之内发现有形成的合金物种。与合金化区域之下的基底材料区域中发现的相比，合金化区域4内存在基底材料物种减少(见图1E)。
作为上述的实例，用LISI法改进碳素钢基底的表面。如前所述，这一表面可以是清洁的，也可以有一层氧化物。在本实施例中，基底的表面比较干净，但在处理前未经净化。将分散的含甲乙酮、四氢呋喃、甲苯和环氧丙烷的粘合剂中的铬(商品名称“Microshield”，MichiganChrome & Chemical Co.，Hope，Arkansas)以0.5mm(500μ)的厚度施加到钢基底上。一只CO2激光器采用高斯稳态位形激光束，功率为1.5-2.0KW，功率密度为50-66×105瓦/cm3，以25mm/秒的加工速度照射基底表面，以便将钢基低的表面加热到足以使钢熔化的温度。向所处理的区域引入氩保护气。在加工期间粘合剂蒸发并被除掉。产生了一个铬-钢合金化区域，其深度为0.5-2.0mm，合金含量为10-45％重量。
所形成的表面是作表面合金形成的，它是一种不锈钢等价物，不生锈且高度抗蚀和耐磨。该合金构成了钢的基本结构的一部分。因此，与包层或涂布不同，这种表面合金层不会碎裂或剥落。
表1列出了用铬和其它元素改进碳素钢表面的这种和其它的LISI处理。前述的实例作为“组合5”列出(表1右方)。
                                       表2：用铬对碳素钢进行激光表面合金化的操作条件
    参数     组合1     组合2     组合3     组合4     组合5
合金元素 Cr，Cr+C，Cr+C+Mn，Cr+C+Mn+Al Cr，Cr+Ni Mo+Cr+Ni+Si Ni Cr
施加方法 在有机粘合剂中的浆体喷雾 溅射沉积 在有机粘合剂中的浆体喷雾 电镀 在有机粘合剂中的浆体沉积
涂层厚度(mm) 0.025至0.75 0.002至0.018 未知 0.001 0.5
激光功率(Kw) 3.4，5.0，12.5 7.5 8.0至12.0 4.0至6.0 1.5至2.0
功率密度(W/cm2) 2800至4500 107 12,5000至18,750 46至80×104 50至66×105
加工速度(mm/s) 1.69至21.17 100至3750 5至15 25至50 25
光束位形 平顶帽形稳态/振荡 聚焦的/高斯稳态 平顶帽形振荡 未知 高斯稳态
保护气 无，He，He+Ar He CO2，Ar，He，N2 He N2
合金含量(wt％) 0.9至43 Ar0.5Al，1.4至4.4C，0.5至1.3Mn 1至80 Cr 未知 0.5至3.0 10至45
本发明的合金化区域通常生成到深度为500μ(0.5mm)或更小。典型的处理速度(即，光束移动速度)在每秒0.03m(1英寸)左右。因此，利用LISI方法，1小时内可以加工大约0.56m2(6平方英尺)或更大的区域。如果需要，可以使用辅助的激光器或者可以从单独一个激光源衍生多个光束，以获得更快的加工速度。
本领域技术人员将会理解，功率密度和加工速度的组合应提供合适的冷却速度以产生所需要的物相，它们的数值将随几个相关工艺和材料参数而变，例如基底材料(碳和/或其它合金元素的含量)、施加方法、激光/基底区表面合金化材料的数量、光束位形(方形/矩形(平顶帽)、聚焦/高斯，稳态/振盈)和保护气等。
图2示意说明了用来完成本发明的LISI方法的系统10。系统10包括激光器11，它可以是CO2激光器、Nd：YAG激光器或用来以已知方式产生准直光束(示意表示在12)的等价物(或等价热源)。传送系统13用来接收光束12并适当传送至工作件15的表面14。在CO2激光器的情形，传送系统13主要由一系列镜面构成，用来恰当地引导来自激光器11的光束12穿过传送系统13到达工作件15的表面14。在Nd：YAG激光器的情形，传送系统13主要由光导纤维系统构成，该系统接收来自激光器11的光束12并将光束12恰当地引导到工作件15的表面14。在后一种情形，光导纤维传送系统的方便为本发明的系统10的操作提供了很大的通用性和灵活性。
提供了适当的装置用来产生传送系统13和工作件15之间的相对移动。在以上讨论的实施例中，这是用一个安放工作件15并使工作件15相对于传送系统13移动的移动系统16完成的。然而，对于大规模应用，最好是提供一个与传送系统13相连接的移动系统16′，用它造成传送系统相对于工作件15移动。后一种结构在工作件的移动可能无法实现的场合特别优选，目前被认为是在大规模商业应用中实现传送系统13与工作件15之间相对移动的优选方法。
控制器17与激光器11、传送系统13和移动系统16(或16′)连通，用于控制这些部件及它们彼此间的相互作用。例如，控制器17与激光器11连接，以便控制激光器的各种操作参数，例如光束12的功率、波形、波长和脉动。类似地，控制器17与传送系统13相连，用于控制传送的光束，主要是它相对于工作件15的表面14的聚焦。控制器17还与移动系统16(或16′)连接，用于调节传送系统13和工作件15之间的相对移动，例如速度和方向。
如前所述，合金化材料可以以各种不同的方式传送到工作件15。如果是在表面受激光照射的同时将合金化材料喷雾或传送到工作件15的表面14上，则提供一个施加装置18，最好是作为传送系统13的一部分或与其相连。在这种情形，控制器17与施加装置18连接以便调节向工作件15的表面14上施加合金化材料的速度(例如释放粉末)。
作为本发明LISI方法的实际说明，表面合金化是用RS 3000型激光器(Rofin-Sinar)完成的，它是一种快轴流、射频(27.12MHz)激发的CO2激光器(波长10.6μm)，能在从0.2到3.7KW的平均功率水平下操作(激光器11)。此RS 3000激光器与一个RS 3000型的焊头(Rofin-Sinar)偶联，包括150mm、f/6镜片和园偏振。所形成的光束在TEM10模式中用标准脉冲型式(SPC)操作。在这种标准脉冲型式中，光束以5KHz脉动，平均脉冲功率通过改变脉冲的负载周期来调节(即，准连续波操作模式)。在工作件15的附近按照与激光束同轴的方向以约4升/分的速度引入纯氮作为保护气。
在这种型式中，使用一个适合CO2激光器的传送系统13并图示于附图3中。画出的传送系统13包括第一区20，该区内有用来恰当地引导激光束的光学器件。这包括常规的手段，例如示于图中的涂敷电介质的铜质园偏振器21、硒化锌窗22和镀钼的平面铜镜23。光学器件区20与第二部分聚焦区25连接，该区最终将激光光束引到工作件15的表面14上。为此，聚焦区25包括一个抛物面铜镜26，它能按照需要调节激光束的集点。
工作件15装在计算机数控(CNC)的5轴UNIDEX-16工作台(AEROTECH)上，以便恒定地直线平动(移动系统16)。为此，将一块钢板定位以便接收聚焦在工作件表面上方25mm处的激光束。激光处理用2000瓦的平均光束功率进行，在工作件表面上形成约100瓦/mm2的能量(能量密度)。为处理整个区域，工作件在激光束下以1500mm/分的速度平移并重叠20％(即，对于5mm宽的激光轨迹，约1mm)。在处理工作件的整个期间一直保持这一速度。
在这种型式中，对AISI 1010碳钢板(250mm×250mm×6mm)进行处理以接受铬的激光表面合金层。用市售的漆料(商品名称“Microshield”，TOBLER Division，Hope，Arkansas)作为铬的有机粘合剂载体。用手工方式将铬粉(平均粒径5μm，纯度99.6％，CERAC，Milawaukee，Wisconsin)在5％(体积)的漆料/丙酮溶液中的悬浮液刷涂到钢板上，形成平坦且均匀的薄层。在激光处理之前先将沉积的铬与有机粘合剂载体的混合物在空气中彻底干燥。在沉积铬层之前先将钢(基底)板用甲醇清洗并在空气中干燥。这形成了厚度约为50μm的铬层。
处理过的AISI 1010钢板显示出相当均匀的表面合金化区域。在光学显微镜和扫描电镜下对纵断面和横断面的初步观察表明，形成了非常完美的(无裂隙和孔)薄层。合金化区域的厚度约为1.23mm，平均铬浓度为5％重量。合金化样品的横截面处用体积浓度为5％的浓硝酸/甲醇溶液蚀刻，在基底材料中形成了受到化学侵蚀的无光表面。但是，它不能侵蚀合金化区，该区域保持镜面状。这一响应表明，表面转变成了耐腐蚀的表面。
通过使样品经受各种机械负载条件，还对表面合金化区域与基底的物理整体性进行了试验。对激光合金化的样品进行了静态悬臂弯曲试验。在250磅的法向力下将样品弯曲110°，没有发生张力下的任何层离或裂隙。虽然还对样品进行了重复的动态面(图形)、线和点接触负载试验，仍没有与基底分离或开裂的任何迹象。在AISI 1010钢面上形成了完美的、机械强度高且耐化学腐蚀的合金层。
为了达到与不同应用相联系的有用效果，可以根据本发明改动上述部件。例如如上所述，可以用不同的激光器作为图2的激光器11。一个这样的实例是Nd：YAG激光器，这类激光器的引人注意之处在于它的相应的传送系统使其具有更大的灵活性。
作为实用说明，表面合金化用一只JK-701激光器(Lumonics)完成，它是一种脉冲式Nd：YAG激光器(波长1.06μm)，激光介质由掺杂钕的单晶钇铝拓榴石构成。输出光束偶合到一根15英尺的光导纤维电缆(它扰乱强度分布型式)上，形成了接近平顶帽式强度分布的激光束(TEM00模式)。由光导纤维电缆发出的激光束被透镜(焦距75mm)聚焦成直径400μm的光斑。操作JK-701激光器以发送出最大平均功率为400瓦的脉冲，每次脉冲的能量为55焦耳。脉冲持续时间由0.5至20毫秒变化，脉动速率最高达500HZ。利用控制板调节持续时间(宽度)、振幅(高度)和频率，获得每次脉冲的准确形状、大小和能量。
将一个镀铬的钢板装在一个计算机数控(CNC)的双轴工作台(TECHNO，DSG公司，New Hyde Park，NY)，该工作台有丝杠操作的X台和Y台(每转2mm)、马达(200满级/转)和传动器(每级分10微级)，在两个正交的方向都提供最大30 mm的横向往返移动，往返移动的最大速度为50cm/秒。将该板定位以便接收聚焦在表面之下2.6mm处的光束。在脉冲功率为9.5焦耳、脉冲持续时间为18毫秒、脉冲重复率为20HZ的条件下进行激光处理。这些设定值在板的表面上形成了大约20瓦/mm2的能量。为覆盖整个区域，样品在激光束下以360mm/分的横动速度平移，相邻光斑之间重叠40％(即，对于1mm直径的光斑约0.4mm)，相邻轨迹间重叠20％(即，对于1mm宽的激光轨迹，约0.2mm)。在处理期间一直保持这些条件。在工作件附近沿与激光束同轴的方向以约4升/分的速度引入纯氮作为保护气体。
对AISI 1010碳钢板(尺寸为250mm×250mm×6mm)进行处理以接收铬的激光表面合金层。使用一种市售的漆料(商品名称“Microshield”，TOBLER，Hope，Arkansas)作为铬的有机粘合载体。将铬粉(平均粒径5μm，纯度99.6％，CERAC，Milwaukee，Wisconsin)在5％(体积)的漆料/丙酮溶液中的悬浮液用手工涂刷在钢板上，形成平而均匀的薄层。在进行激光处理之前先将沉积的铬与有机粘合剂载体的混合物在空气中彻底干燥。在沉积铬层之前，用甲醇清洗钢(基底)板并在空气中干燥。这样形成了厚度约为50μm的铬层。
Nd：YAG激光器的使用对整个LISI方法提供了各种改进。这主要是由Nd：YAG激光器能与光导纤维传送系统连接造成的(而且因为它所产生的波长能被工作件更好地吸收)。为了按照本发明有效地处理表面所必需的激光器的尺寸可能在907.19kg(2000磅)左右，这使得激光器难以相对于要处理的表面移动。但是，利用光导纤维系统，激光器可以留在要处理的区域之外，而激光束可以利用光导纤维传送到表面。光导纤维和相连接的光束操作器(即，用于将光束聚焦并按所要求的型式成形的传送系统13)相对较小，因此容易操纵(例如，使用合适的机械人和相连的控制器)。标准长度纤维约为100-250米，且可以将分离的纤维连在一起以进一步延长。由于光导纤维和它所需要的光束操作器较轻，可以与光导纤维一起使用的移动系统16′将会简单得多。结果，为获得有用的结果所需要作的只是沿着要处理的表面移动光导纤维的末端(光束操纵器)，同时保持由光束操纵器到表面的适当距离。
这种移动可以与激光光束从聚焦的基本上平行的光到未聚焦型式的位形调节一起完成(对于CO2激光器也是可能的)。因此，由光束操纵器到工作件表面的距离并非关键，它可以改变几厘米，这进一步简化了对移动系统和与之相连的激光束的控制。如前所述，虽然CO2激光器能提供有效的激光引发的表面改进，但现在认为这类激光器的使用不太理想，因为它需要的光束传送系统(镜面等)虽然是可行的，但在实际应用中较难实施。不过，这类系统可以用来达到同样有效的结果。
对于传送系统13、移动系统16(或16′)和控制器17可以进行相应的变动。例如，优选与前述的Nd：YAG激光器一起使用光导纤维传送系统。基本上，不管对于具体应用选择何种类型的激光器11(或等价的热源)，都要选择传送系统13以提供与激光器的接口。
移动系统16(或16′)同样可以变动以适合特定的应用。这可以包括各式各样可得到的移动系统，例如二轴直线运动系统，一轴直线和一轴旋转系统，组合的1-3直线和1-3旋转级、全关节式(多自由度)机械人传送系统和多路进入“履带式”机械装置。如前所述，这种移动系统可以与工作件15(移动系统16)或者与传送系统13(移动系统16′)连在一起。
能够对大结构的表面进行改性的施用系统可以采取几种形式，以便能到达遥远的区域和横跨大的距离及不规则的表面。对于无进入限制的区域，可以使用装在移动基座上的关节式机械手臂，以便容易到达地面、壁面和天花板面。这样一种系统将被编制程序以便沿着表面几何形状和存在的任何不规则处行进(优选与装在运动控制系统内的高度传感器一起)，对整个结构提供一致的加工条件。如果需要，臂端的加工头还可以装有用于工艺控制的其它检测装置。
对于小的区域和进入受限制的区域，可以在结构内使用较小的机械手臂，或者可以使用微型传送头以便横跨表面移动(象一只老鼠)。这类装置的轨道系统是已知的，目前已用于管道焊接(使用磁铁或轨道系统以便加工壁面或天花板面)。所需的任何轨道系统均可利用脚手架结构或磁铁进行实体固定。象在较大的机械手臂的情形一样，在传送头中可以加入微型的检测装置。
LISI方法对于操作条件的相对不敏感性使得有可能在适当场合(例如，空气管道阀门、流体导向叶板、排水管和入口孔周围)进行手动人工操作。在极端不易接近的情形和对于不规则的结构和表面，将会这样作。很象在焊接的情形，操作人员将利用感觉的反馈和熟练的工艺跟踪进行表面加工。
不管如何实际操作，与加工速度有关的一个重要方面是光束的形状和光束如何用于加工表面。上述的实施例使用固定的圆形光束，它的光强平滑地衰减到边缘处为0。但是，其它的系统可以使用矩形或线形的光束，或者光束具有很尖锐的强度分布(很象宽的漆刷或滚筒)。这些分布型式使得有可能对加工作更精细的控制和加快加工速度。
可以将这种光束分布型式与一种扫描镜面装置一起使用，就象在某些激光美容手术中那样。这种系统在光束于被加工的区域上往返移动时用旋转的或振动的镜面很快地扫描所需形状的区域(它一般比光束尺寸大得多)。这造成了使光束区域具有某种形状的效果，使光束有效地变大。合适地控制扫描频率可提供恰当的相互作用时间。
控制器17可以根据需要包括用于控制激光器11、传送系统13和移动系统16，16′的各式各样系统和子系统中的任何一种。例如，前述的移动系统16(CNC：AEROTEC UNIDEX-16)使用一个与合适的激光引燃电缆偶联的6轴CNC运动控制系统。与此运动控制系统偶联的是一个以PC(个人计算机)为基础的多轴控制系统(带有一个激光引燃控制电缆或与激光控制系统随动)。或者是，可以使用一个独立的信息处理机(多轴控制系统)，它或是受控于外置的激光控制系统，或是与外置的激光控制系统随动。
应该理解，上述装置及其所执行的工艺的控制是本发明的激光引发表面改进的一个重要部分。如前所述，对这些装置及其相应工艺的适当控制是利用一个基于PC的反馈控制系统完成的，该系统作为控制激光器11和移动系统16(或16′)的主导装置工作。优选使用与独立的、单缆反馈控制系统相组合的可编程逻辑控制(PLC)反馈控制系统。
控制器17的总的功能是确保系统恰当地起作用，以便将基底的表面熔化至适当的深度，从而保证在表面上形成合适的合金。控制器17主要是通过调节激光器11的功率，利用传送系统13的聚焦部分25调节激光束聚焦和调节移动系统16、16′的速度，实现这一功能。与加工有关的其它参数，例如施加装置18(如果使用的话)和任何有关的气体流量(即保护气)，如果需要，也可以根据接受的来自控制器17的信号进行控制。
另外，参看图2，可以在激光传送系统13和工作件15的附近放置许多个传感器19，以便进一步与控制器17对接和更好地控制上述装置及其相应的工艺过程。适合实现这一结果的传感器19包括下列各种。
温度测量对于确定从激光束传递给工作件的能量总效率有用。这一温度测量可以用来提供反馈信息，以便调节激光器的操作参数，主要是激光束的功率(样品速度)和/或移动系统的平动速度。完成此类温度测量的传感器实例包括工作件和工作件附近环境(激光器/表面相互作用区周围)的接触温度测量，以及工作件表面(靠近激光器/表面相互作用区域)的高温计温度测量。
激光/表面相互作用区域的视频成象在提供激光束相对于加工件表面的适当定位方面有用。在高快门速度下得到的图象(使用本身已知的技术)可用来对激光/表面相互作用区域的位置提供清楚的指示，这些数据可用来提供对激光束移动的反馈控制。
在激光/表面相互作用区内通常会形成等离子体，由它发出的发射光谱可用来提供关于蒸汽温度和物种浓度的数据，这些数据已发现与整个工艺的质量有关。例如，检测出低温可能表示合金化表面的深度已不合乎要求地过深。可以监测与温度测量有关的发射光谱并用于调节激光束的操作参数(样品速度)和/或移动系统的平动速度。
在工作件的表面处产生了声信号，它与整个加工工艺的几何学和物理动力学有关。因为表面性质(熔融液体的)随深度而变且对成分的变化敏感，所形成的熔体的运动和产生的声信号将会不同。这些变化同样可用来提供反馈信息，用来通过控制激光束的操作参数(样品速度)和/或移运系统的平动速度控制所处理的表面深度。
可以监测其它参量以便对最终工艺的总的改进提供指示。例如，可以用红外检测器测量激光功率的涨落，对激光功率进行监测，这可以提供与预期的成功有关的信息。因为在低激光功率水平下产生的表面深度可能太小，可以使用关于激光功率的极限作为对整个工艺进行动态监测的一个可接受的标准。在激光/表面相互作用区附近进行的温度测量同样可以用来监测可按受的操作条件的环境。
                      实施例1
一个1010碳素钢基底用YAG激光器处理形成合金，使用铬粉在有机粘合剂中的悬浮液在碳钢基底内产生约600μm厚的合金化表面层。因为激光装置以轨道方式施用，所以表面层的厚度在450-600微米之间变化。用肉眼和触觉检查确定，激光合金化的金属表面不光滑。激光轨迹之间的起伏肉眼可见并可用手感觉到。
用旋转磨头对激光合金化的铬钢表面进行机械加工，从表面上去掉约250μm。在转磨之后，表面上发现有5-10微米深的机械刻痕。这些刻痕肉眼可见并可用表面光度仪测定。
随后将磨过的基底放在一个平面磨床上，从上表面除去约50μm，留下带有极少光泽的光滑表面。
将此光滑表面用布抛光轮擦磨，对表面进行抛光，这增强了光泽和表面光洁度至镜面质量。最终的表面的厚度为150-300μm。
根据变光滑的金属基底要投入的最终用途，本领域技术人员可以将金属基底变光滑成镜面质量，或者可以在到达镜面质量之前的任何阶段中止光滑处理。
                       实施例2
通过用脉冲式YAG激光器和铬粉在有机粘合剂中的悬浮液进行处理，使铝基底合金化，形成厚度约500微米的铝/铬合金化表面层。按照与实施例1中钢铬合金相同的方式对铝/铬合金化层进行后处理，得到厚度为100-150μm的各种光滑度的光滑表面，直至镜面状明亮反射的表面。
                        实施例3
通过用CO2激光器和铬粉在有机粘合剂中的悬浮液进行处理，使镍基底合金化，形成厚度约500微米的镍/铬合金化表面层。按照与实施例1中钢铬合金和实施例2中铝铬合金相同的方式对镍/铬合金层进行后处理，得到厚度为150-250μm的镜面光泽表面。
                         实施例4
将一个未经激光合金化的不锈钢基底样品按照与实施例1的激光合金化钢样品相同的方式进行机械加工。通过用光学表面光度计确定，激光合金化的钢样品比未激光合金化的钢样品更光滑。
将一个未经激光合金化的铝铬合金样品按照与实施例2的激光合金化的铝样相同的方式进行机械加工。通过用光学表面光度计确定，激光合金化的铝样品比未激光合金化的铝样品更光滑。
将一个未经激光合金化的镍铬合金样品按照与实施例3的激光合金化的镍样品相同的方式进行机械加工。通过用光学表面光度计确度，激光合金化的镍样品比未激光合金化的镍样品更光滑。
对于本领域的技术人员显而易见的是，根据上面所公开的内容，在实施本发明时可以作出很多修改、变动和替换，而不偏离本发明的精神或范围。

Claims (36)

1.一种在金属基底的表面形成合金的方法，该方法的步骤包括以受控的速度向表面上施加合金化前体材料并利用激光束使表面和前体合金化材料熔化，形成前体合金化材料与基底的合金，测量指示合金化深度或化学组成的一个或多个参数，根据上述至少一种测量控制前体和激光束的施加速度，和使该合金凝固。
2.权利要求1的方法，其中前体合金化材料是铬。
3.权利要求1的方法，其中前体合金化材料是CrO3。
4.一种具有激光合金化表面的金属部件，该表面已经变光滑，该光滑的表面基本上无不光滑区。
5.权利要求4的金属部件，其中变光滑的表面是平面。
6.权利要求4的金属部件，其中变光滑的表面象镜面一样。
7.权利要求4的金属部件，其中金属部件的表面有凸起和/或低凹的区域。
8.权利要求4的金属部件，与用不同于激光处理的其它方法合金化的类似的合金化金属基底的光滑表面相比，其中的表面同样光滑或者更光滑。
9.权利要求4的金属部件，它是选自铁、钢、镍和铝或其合金的一种基底。
10.权利要求4的金属部件，其中的金属基底与铬形成合金。
11.权利要求10的金属部件，其中除铬以外，还有选自铜、锰、铝、镍、钼和硅的一种或多种元素与金属基底形成合金。
12.权利要求4的金属部件，其中金属基底的表面已用机械方法变光滑。
13.权利要求12的金属部件，其中的机械方法选自机械加工、研磨、砂磨、珩磨、碾磨、擦光、镗削和抛光。
14.一种在激光合金化金属部件上得到光滑表面的方法，其中包括通过去除部分厚度的合金使合金化的表面变光滑，从而得到比光滑处理前更光滑的表面。
15.权利要求14的方法，其中用一种或多种机械方法进行光滑处理。
16.权利要求15的方法，其中的一种或多种机械方法选自机械加工、研磨、砂磨、珩磨、碾磨、擦光、镗削和抛光。
17.权利要求14的方法，其中的金属选自铁、钢、镍和铝或其合金。
18.权利要求14的方法，共中金属部件与铬形成合金。
19.一种将金属工作件的表面区中合金形成控制到预定深度的方法，该方法包括：
a.在金属工作件的表面上施加一种含有合金化前体的粘合剂；
b.用从激光传送系统发出的激光束，以足够的功率和足够的持续时间辐照工作件表面和合金化前体，使工作件表面和该前体熔化，同时利用移动系统使工作件和前体相对于激光束运动；
c.在辐照期间测定工作件表面的温度；和
d.根据测定的温度控制激光束功率，以便控制工作件中合金化的深度。
20.权利要求19的方法，其中通过改变激光的脉冲周期来控制激光束的功率。
21.权利要求19的方法，其中还包括向工作件正受辐照的区域施加反应气的步骤。
22.权利要求21的方法，其中该反应气是一种还原性气体。
23.一种将金属工作件的表面区中合金形成控制到预定深度的方法，该方法包括：
a.向金属工作件的表面施加一种含合金化前体的粘合剂；
b.用激光器传送系统发出的激光束辐射工作件表面和前体合金，同时利用移动体系使该工作件和前体相对于激光束运动；和
c.测定激光/表面交界处的发射光谱数据；
d.将该发射光谱数据传送到反馈控制系统；和
e.根据发射光谱数据，利用反馈控制系统来控制激光束功率，以便控制工作件内合金化的深度。
24.权利要求23的方法，其中所述的调节使用一个反馈控制系统，该系统包括一个与移动系统和激光传送系统连接以接收其信息的控制器。
25.权利要求23的方法，其中该移动系统接收指示激光束相对于工作件的位置的图象数据。
26.权利要求23的方法，其中该控制器接收指示合金化过程物理动力学的声信号。
27.一种控制相对于激光束运动的金属件的激光合金化深度的装置，该装置包括：
a.一个激光束传送系统，它能根据光束控制信号以所要求的效率和功率传送激光束脉冲；
b.一个移动系统，它能在由激光束传送系统发出的激光束和受该光束辐照的工作件之间产生相对运动，这种移动根据运动控制信号以所要求的速度并在所要求的距离增量上发生；
c.一个前体施加系统，它能以所要求的速度和厚度在运动的工作件的表面上施加前体；
d.一个控制系统，它能接收指示一个或多个工艺参数的输入信号，对这些信号进行处理，将光束控制信号传送给光束传送系统，向移动系统传送移动控制信号，以便控制工作件的激光合金化深度，该工作件藉助移动系统相对于自光束传送系统的激光束运动；和
e.至少一个定位的温度传感器，用以测量受到由光束传送系统传送的激光束辐照的工作件表面温度，该传感器与控制系统相连，以便向控制系统传送指示表面温度的信号。
28.权利要求27的装置，其中该温度传感器能进行高温温度测量。
29.权利要求27的装置，其中还包括一个定位的视频成像装置，用于形成工作件受激光束辐照的区域的视频图象，该成象装置与控制系统相连，从而可以将视频图象传送到控制系统。
30.权利要求27的装置，其中还包括一个定位的发射光谱测定装置，用以测定由在受激光束辐照的工作件表面形成的等离子体发出的发射光谱，该测定装置与控制系统相连，从而可以将发射光谱数据传送给控制系统。
31.权利要求27的装置，其中光束传送系统包括一个红外检测器，它能测定激光功率的涨落并将激光功率的信号传送给控制系统。
32.权利要求27的装置，其中的前体施加系统能根据施加控制信号以所要求的速度施加前体，且该控制系统能向施加系统传送施加控制信号。
33.权利要求27的装置，其中还包括一个定位的气体传送系统，用以向工作件正受到来自光束传送系统的激光束辐照的区域传送气体。
34.权利要求33的装置，其中的气体传送系统能根据气体控制信号以受控的流动速度传送气体，而且控制系统能将气体控制信号传送给气体传送系统。
35.权利要求33的装置，其中由气体传送系统传送的气体是一种还原性气体。
36.权利要求33的装置，其中由气体传送系统传送的气体是一种保护气。
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE59710348D1 (de) * 1997-11-06 2003-07-31 Sulzer Markets & Technology Ag Verfahren zur Herstellung einer keramischen Schicht auf einem metallischen Grundwerkstoff
WO2000023718A1 (de) * 1998-10-21 2000-04-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur beschichtung der lauffläche eines lagerbauteils und lagerbauteil
DE10124250C2 (de) * 2001-05-18 2003-03-27 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Bildung einer hochfesten und verschleißbeständigen Verbundschicht
US7906746B2 (en) * 2005-11-30 2011-03-15 General Electric Company Laser shock peening system with time-of-flight monitoring
DE102005059544A1 (de) * 2005-12-13 2007-06-14 Ecka Granulate Gmbh & Co. Kg Sn-haltige hochbelastbare Materialzusammensetzung; Verfahren zur Herstellung einer hochbelastbaren Beschichtung und deren Verwendung
JP4058448B2 (ja) * 2005-12-26 2008-03-12 宗春 沓名 レーザピーニング処理方法及びレーザ吸収粉体層シート
JP2007169754A (ja) * 2005-12-26 2007-07-05 Muneharu Kutsuna 表面処理方法、レーザ吸収粉体層シート及びレーザピーニング用粉体スプレー
US7458358B2 (en) * 2006-05-10 2008-12-02 Federal Mogul World Wide, Inc. Thermal oxidation protective surface for steel pistons
JP5101838B2 (ja) * 2006-05-16 2012-12-19 ヤンマー株式会社 金属部材の表面硬化方法
KR20090112657A (ko) * 2007-01-26 2009-10-28 가부시키가이샤 엘티티 바이오파마 금속의 표면 처리 방법
DE102007012845A1 (de) * 2007-03-17 2008-09-18 Ks Kolbenschmidt Gmbh Erzeugung eines partiellen Faserverbundgefüges in einem Bauteil über eine Laserumschmelzbehandlung
DE102007026265B4 (de) * 2007-06-05 2014-04-10 Gerhard Präzisionspresstechnik GmbH Kohlebürste
FR2921284B1 (fr) * 2007-09-26 2009-12-11 Snecma Procede de recuperation d'elements de turbomachine
JP5230312B2 (ja) * 2008-09-09 2013-07-10 富士重工業株式会社 プラズマ衝撃波を用いたコーティング方法
JP5258611B2 (ja) * 2009-02-10 2013-08-07 三菱電機株式会社 鉄系材料
EP2543748B1 (en) * 2009-04-09 2015-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Method of improving a superalloy component
US9752988B2 (en) * 2010-06-14 2017-09-05 The Regents Of The University Of Michigan In-situ identification and control of microstructures produced by phase transformation of a material
DE102011000984A1 (de) * 2011-03-01 2012-09-06 Rasselstein Gmbh Verfahren zum Veredeln einer metallischen Beschichtung auf einem Stahlband
US20130140286A1 (en) * 2011-12-06 2013-06-06 Herbert Chidsey Roberts, III Systems and methods for internal cavity formation using laser manipulation
CN103900999B (zh) * 2014-03-25 2016-06-22 钢研纳克检测技术有限公司 激光诱导光谱测量钢件渗碳层的分析方法
KR101694324B1 (ko) * 2015-12-18 2017-01-10 한국생산기술연구원 전자빔을 이용한 표면 열처리 방법
KR20170076847A (ko) * 2015-12-24 2017-07-05 주식회사 포스코 강판의 표면처리 장치 및 표면처리 방법
CN105665709B (zh) * 2016-01-22 2018-11-13 吉林大学 一种钢/铝异种金属零件激光沉积增材制造方法
RU2619543C1 (ru) * 2016-05-13 2017-05-16 ФАНО России Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭ СО РАН) Способ импульсного электронно-пучкового полирования поверхности металлических изделий
GB201609086D0 (en) * 2016-05-20 2016-07-06 Spi Lasers Uk Ltd Method for creating a mark with a desired colour on an article
JP6965794B2 (ja) * 2018-03-07 2021-11-10 トヨタ紡織株式会社 局所強化部品の製造方法、及び局所強化部品
RU2691154C1 (ru) * 2018-11-08 2019-06-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Способ формирования коррозионно-устойчивого слоя на поверхности магниевых деформируемых сплавов
RU2726233C1 (ru) * 2019-04-05 2020-07-10 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Объединение "Упрочнение Твердых Сплавов" Способ повышения физико-механических свойств инструментальных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения
CN110029344B (zh) * 2019-04-24 2022-05-10 成都航空职业技术学院 一种激光熔注强化7075铝合金表面的方法
CN110396617B (zh) * 2019-08-23 2021-02-26 深圳市华乐珠宝首饰有限公司 一种白色金合金及其制备方法
CN112226816B (zh) * 2020-09-25 2022-04-19 北京科技大学 两步高通量法外延生长第二代镍基单晶高温合金的方法
KR102350326B1 (ko) 2020-11-24 2022-01-12 한국원자력연구원 금속 코팅 방법 및 이에 의해 형성된 코팅층을 포함하는 금속 부재
DE102021004220B4 (de) 2021-08-12 2023-12-14 Hochschule Mittweida (FH), Körperschaft des öffentlichen Rechts Verwendung eines im Burst-Modus betriebenen Lasers und Verfahren zur oberflächlichen Ausbildung einer Legierung und/oder eines Gemenges und/oder einer Dotierung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4212900A (en) * 1978-08-14 1980-07-15 Serlin Richard A Surface alloying method and apparatus using high energy beam
US4750947A (en) * 1985-02-01 1988-06-14 Nippon Steel Corporation Method for surface-alloying metal with a high-density energy beam and an alloy metal

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4015100A (en) * 1974-01-07 1977-03-29 Avco Everett Research Laboratory, Inc. Surface modification
US4157923A (en) * 1976-09-13 1979-06-12 Ford Motor Company Surface alloying and heat treating processes
JPS6233720A (ja) * 1985-08-08 1987-02-13 Toyota Motor Corp 再溶融チルカムシヤフトの製造方法
JPS6483676A (en) * 1987-09-28 1989-03-29 Toyota Motor Corp Wear resistant al alloy member
SU1557193A1 (ru) * 1988-07-13 1990-04-15 Московский Автомобильно-Дорожный Институт Способ лазерного легировани поверхности металла
US5130172A (en) * 1988-10-21 1992-07-14 The Regents Of The University Of California Low temperature organometallic deposition of metals
JP2907888B2 (ja) * 1989-09-27 1999-06-21 マツダ株式会社 再溶融カムシャフトの製造方法
JPH03115587A (ja) * 1989-09-27 1991-05-16 Mazda Motor Corp 再溶融カムシャフトの製造方法
EP0473287A1 (en) * 1990-08-09 1992-03-04 Cmb Foodcan Plc Apparatus and method for monitoring laser material processing
EP0578696B1 (de) * 1991-04-12 1995-09-06 Barry Leslie Prof. Dr. Mordike Verfahren zum laserumschmelzen metallischer oberflächen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4212900A (en) * 1978-08-14 1980-07-15 Serlin Richard A Surface alloying method and apparatus using high energy beam
US4750947A (en) * 1985-02-01 1988-06-14 Nippon Steel Corporation Method for surface-alloying metal with a high-density energy beam and an alloy metal

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Publication number Publication date
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IL124985A (en) 2001-10-31
DE69720531T2 (de) 2004-01-08

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