激光强化技术在刀具材料改性中的应用（三）

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　　激光堆焊是继激光熔覆技术上发展起来的一项新的激光加工技术，借鉴传统的堆焊技术优点，用大功率激光为加热源，对同步送入的合金焊丝与基体表层同时快速熔化，得到和基体完全冶金结合的并具有特殊性能(耐磨、耐蚀、耐热等)的表层，形成复合层，用于制造双金属刀具。而激光合金化则是在基体的表面熔融层内加入合金元素，从而形成以基材为基础的新的合金层，达到表面改性，刃口强韧化的目的。

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　　综合上述技术的优点，把这一技术应用于刀具材料表面强化处理，则是提高刀具耐磨性及其使用寿命的重要途径之一，尤其对于陶瓷、硬质合金刀具这种高硬度、耐热性好等优点，有利于提高加工效率和加工精度，并能对难加工材料如淬火钢在不利的加工条件下进行切削加工。由于它们强度相对较低，韧性和可$&*性较差，严重地限制了它们的应用范围，因此把激光表面强化技术应用于陶瓷、硬质合金刀具具有深刻的研究意义和广阔的应用前景。

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　　目前，国内外提高刀具抗磨损的方法主要分为两类：一种是常规的表面处理法，如采用非常规的表面淬火方法、激光熔覆的方法(覆层的合金粉多为Ni、Co基自熔合金或添加粗颗粒的碳化钨或者采用激光厚层熔覆，这类方法比较适用于磨粒磨损很高的工况，例如，矿山、石油、农机等采掘工具)等，其存在的缺点就是易产生裂纹等缺陷。另一种是最近发展起来的涂层刀具，此类方法的缺点就是沉积涂层较薄。这两种方法都有其不同程度的缺点。前者是通过材料本身发生的显微组织转变来提高硬度及耐磨性，因而只对碳钢有效，而对硬质合金、高速钢材料的刀具材料而言则效果不明显，采用后者不仅涂层较薄，涂层沉积时间较长，而且实际使用中常常发生剥落现象。

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　　以下为激光表面强化技术在刀具材料改性中的应用实例。

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　　1.家用厨刀激光熔覆表面改性

　　采用激光涂层在常用的不锈钢厨刀刃口进行薄层快速熔覆，得到涂覆层均匀、高耐磨的刀具刃口，代替传统的刀具生产工艺，改造其产业提高刀具(厨刀)产品的内在质量和附加值。通过对涂层材料的配比、激光涂层性能等方面的分析研究，开发出与“懒汉刀”同等水平的厨刀并将其实用化。通过优化工艺采用预置式合金粉末得到了无裂纹、一定硬度涂层的厚度、变形小、回火带窄的刃口。可以看出，熔覆层均匀覆盖在刀刃上。

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　　对断面分析，从外向内可以明显的看出分为4个区域：熔覆层、硬化过渡区、回火区和基体材料。

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　　1.1熔覆区

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　　该区以涂层材料为主要成分，硬度较高HV990-1300，厚度0.02-0.08mm，其中大量未熔的硬质颗粒，起到了弥散强化的作用。涂层过厚易形成裂纹，影响使用，通过优化工艺参数，得到了既无裂纹、硬度高、表面光洁，与基体呈良好冶金结合的涂层，而这一涂层正是提高刃口磨损性能的关键。

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　　1.2硬化过渡区

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　　这一区域包含与熔覆层相接的合金化层，与回火区相接的淬火区，占硬化层的80%，硬度层硬度平缓过度，组织主要是过度细化的马氏体和碳化物。

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　　1.3回火区

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　　由于扫描速度的加快，回火区变窄，组织为索氏体及碳化物。回火区的存在有利于保持刃口的韧性，在高硬度冲击情况下不至于断裂。

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　　2.激光熔渗纳米改性强化刀具

　　激光熔渗是一种结合激光熔覆工艺和激光合金化工艺的表面改性的方法。将其运用到园林刀具生产过程中，可以对不同类型的刀具进行激光表面改性强化。纳米材料较之微米级材料具有更好的力学性能，涂覆于基体表面的纳米合金粉在高密度的激光束作用下快速熔凝，以部分纳米硬质合金颗粒渗入到基体材料当中，起到了微合金化作用，而刀具表面又可以获得纳米晶的覆层，因而不仅提高了强韧性及耐磨而且还加深了刀具刃口的硬度层深，延长了刀具的使用寿命。

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　　刀片经过激光处理后，在表层形成明显的硬化层，硬度呈现梯度变化，心部仍保持原来的组织。这样使得表层硬而耐磨，芯部保持韧性，而且运转过程有“自锐性”效果，使得刀片的使用寿命延长。该刀片的厚度为1.5mm，硬化层深度为0.18mm，表层白亮层为合金碳化物，马氏体,硬度为HV0.2820-766，心部为回火屈氏体，硬度为HV316。

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　　四、激光强化技术在刀具材料改性应用的展望

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　　目前国内外对工程陶瓷与硬质合金材料的研究有一定的进展，另一方面激光对刀具进行表面强化处理属当前机械加工领域的前沿，用强激光束对代替某些热处理是一种有效的方法，结合当前纳米技术的发展，在这三个方向的基础上找到它们的结合点，参照同类近似的研究方法，对陶瓷、硬质合金的激光强化机理及技术进行研究，提出了在以后研究工作中将通过对高耐磨/耐蚀/耐热纳米硬质粉材(陶瓷、复合材料等)的研制及配比、激光纳米强化层性能、激光厚层堆焊工艺与硬质合金材料等方面的分析研究，针对不同刀具采用相应的工艺，利用普通的刀具材料开发出提高刀具刃口强韧性、耐磨性及使用寿命的新产品，获得对各种刀具类材料激光堆焊复合、纳米合金熔渗及产品化实用化的总体工艺技术，使其能满足实际生产的复杂要求，尤其是克服陶瓷刀具材料脆性大、可靠性低等缺点，为改进硬质合金和陶瓷材料增添了一条有效的途径。

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　　相信激光合金化表面强化技术在刀具材料改性中具有广泛的应用范围和广阔的应用前景。

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