激光束和電子束都可提供高能量的直接熱源，并應(yīng)用在許多表面改性技術(shù)中。由輸入功率所決定的高能束可被用于切割與焊接、表面熔融與合金配制、以及局部熱處理上。 焊接和切割要求功率最大、激光束和電子束的聚焦能力最強(qiáng)，這樣才可實(shí)現(xiàn)既深又窄的高質(zhì)量焊縫或切縫。隨著高強(qiáng)度能量源的不斷問(wèn)世，這項(xiàng)（表面改性）技術(shù)也得到極大程度的發(fā)展。 除激光和電子束加熱方法外， 還有許多更新的表面改性處理技術(shù)正應(yīng)用在鐵合金上激光表面熱處理 在各種激光和電子束表面改性技術(shù)中，局部表面熱處理技術(shù)發(fā)展最快，商業(yè)應(yīng)用也最廣。 輻射光子的入射與基底材料的電子結(jié)構(gòu)相互作用，這是激光和電子束的加熱原理。入射的能量迅速在表層下轉(zhuǎn)換成熱量。 對(duì)于激光束而言，表層的深度為幾十納米左右; 對(duì)電子束而言，表層的深度約為幾微米。具體深度要取決于加速電壓的大小，一般在10至100千電子伏特（keV）范圍內(nèi)。電子束處理必須在真空中進(jìn)行，而激光束則不受此限制，所以在生產(chǎn)操作中具有更多的靈活性。 "激光"一詞表示"受激勵(lì)發(fā)射的光放大產(chǎn)生的輻射"之意。現(xiàn)已開發(fā)出三種不同的激光器：釔鋁石榴石激光器（Nd:YAG）、二氧化碳激光器（CO2）和受激準(zhǔn)分子激光器。 Nd:YAG激光器的工作波長(zhǎng)為1.06μm，廣泛應(yīng)用在焊接和鉆孔上。CO2激光器在商業(yè)應(yīng)用上的輸出功率最大，操作在紅外線范圍內(nèi)，通常工作波長(zhǎng)為10.6μm。而最新研制成功的受激準(zhǔn)分子激光器工作在近紫外線范圍內(nèi)，其波長(zhǎng)介于0.193 至0.351μm之間。激光能夠被反射，這取決于材料的反射特性及工作波長(zhǎng)的長(zhǎng)短。 因此，為了進(jìn)行有效的激光加熱，必須選擇能夠被工件吸收的波長(zhǎng)，或者受照射的工件表面須涂上一層吸光材料。 激光表面熱處理技術(shù)通常被應(yīng)用于鋼件或鑄鐵的機(jī)械零件進(jìn)行局部硬化處理。由于吸收激光能量而產(chǎn)生的熱量在整個(gè)工件體內(nèi)進(jìn)行傳導(dǎo)，工件表面局部區(qū)域獲得快速冷卻而轉(zhuǎn)化成馬氏體。若熱量得到控制以阻止其散失，所以可有選擇地使表面局部區(qū)域奧氏體化。 這個(gè)處理方法有時(shí)被稱作激光相變硬化以區(qū)別于激光表面熔解現(xiàn)象。激光表面加熱處理時(shí)沒(méi)有發(fā)生化學(xué)變化。激光加熱除了可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)淬火和火焰淬火外，還提供了一種可選擇性地使鐵質(zhì)材料硬化的有效加工技術(shù)。 激光熱處理可產(chǎn)生迅速受熱或冷卻的表面薄層區(qū)域，形成精細(xì)的馬氏體微型結(jié)構(gòu)，即使對(duì)于可淬性相對(duì)較差的鋼制品，情況也是如此。使用這種加工方法，工件的硬度高、耐磨性好、而變形較? Ｓ敫杏尤群突鷓婕尤惹樾尾煌す餳尤仁憊庠從牘ぜ殺３忠歡ň嗬耄す饈芫得娣聰蚍抵輛勱雇婦擔(dān)庋涂啥員患尤惹虻某嘰緇蚣尤裙旒＝鋅刂啤? Molian已將激光相變硬化技術(shù)的50種應(yīng)用特性制成表格。受硬化的材料包括碳素鋼(1040,1050,1070)、合金鋼(4340,52100)、工具鋼及鑄鐵（灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵）。表中還列出了吸收能量的涂料名稱。鋼件的硬化層深度典型值為250～750μm，而鑄鐵件的硬化層深度典型值約為1,000μm。 激光傳送系統(tǒng)的靈活性和激光自身的低失真及表面硬化能力強(qiáng)等特點(diǎn)，使其能對(duì)不規(guī)則形狀機(jī)械零件（如凸輪軸、曲柄軸）上的易磨損、易疲勞區(qū)域進(jìn)行非常有效的局部硬化處理。與激光熱處理相似，電子束也被應(yīng)用在鋼件表面的硬化處理上。 激光加熱的速度極其快（納秒量級(jí)），通過(guò)向基底未加熱區(qū)域進(jìn)行熱傳導(dǎo)而完成的冷卻過(guò)程也相對(duì)較快。加熱與冷卻的精確速率取決于許多因素，例如：輸入功率、照射時(shí)間、激光脈沖調(diào)制以及受熱基底材料的表面特性和整體特性。 加熱速率和冷卻速率可以達(dá)到每秒108～1010（10的8次方）攝氏度，使得固化過(guò)程特別快。因此，可以形成非常精細(xì)的非均衡微型結(jié)構(gòu)，極端情況下，可以在迅速冷卻的表面層中形成新的亞穩(wěn)結(jié)晶態(tài)、玻璃質(zhì)或非晶形結(jié)構(gòu)、或高度過(guò)飽和狀態(tài)。 Perepezko 和Boettinger描述了材料系統(tǒng)中各種可能的均衡度。根據(jù)均衡相圖，在真實(shí)的均衡情況下，各種共存態(tài)具有均勻的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成。只有在高溫、長(zhǎng)時(shí)間退火或緩慢冷卻條件下，才能達(dá)到真實(shí)的均衡態(tài)。 當(dāng)迅速冷卻時(shí)，只有在穩(wěn)相和亞穩(wěn)相的界面處才可以達(dá)到均衡。在極端情況下，即使這樣的局部均衡被破壞，根據(jù)擴(kuò)散的情況，會(huì)發(fā)生很大的漸緩相或抑制相相變。這樣，通過(guò)快速固化表面被熔化的合金，能夠形成許多新的具有獨(dú)特特性的微型結(jié)構(gòu)。 激光表面熔融與合金配制 伴隨著非常快的凝固速率，表面熔融和合金配制為表面改性提供了極難得的機(jī)會(huì)。它是目前高度活躍的一個(gè)研究與發(fā)展領(lǐng)域。 如前面所描述的那樣，激光表面合金配制包括了激光表面熔融和冷卻，另外，還改變成分以對(duì)表面結(jié)構(gòu)和特性的變化施加影響。在激光熔融之前使用另一種表面改性技術(shù)或在激光熔化的區(qū)域中噴入粉末，從而形成具有與基底不同化學(xué)特性的表面層，這樣就實(shí)現(xiàn)了合金配制。 無(wú)論是使用激光直接熔化還是使用激光表面合金配制，總之，采用激光處理技術(shù)的目的就是要形成一個(gè)非晶形（表）層或玻璃質(zhì)（表）層，這種處理方法稱激光拋光。在硅、鈀銅硅合金、以及鐵鎳磷硼合金中形成玻璃質(zhì)層較容易，而在金屬和其它合金中則困難的多。 例如，激光拋光可促進(jìn)非晶形化，但對(duì)硼化的鐵和工具鋼進(jìn)行激光拋光，研究結(jié)果并無(wú)提供產(chǎn)生非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的證據(jù)。顯然，在已熔化表層和未熔化基底晶體結(jié)構(gòu)的界面上很容易發(fā)生晶相的成核作用。不管怎樣，激光表面合金配制的工具鋼的表層硬度非常高(2,100 HV)，含有很精細(xì)的硼化物顆粒。有時(shí)侯，會(huì)發(fā)生破裂和多孔現(xiàn)象。 M42高速工具鋼激光表面熔化時(shí)在表面微型結(jié)構(gòu)上會(huì)產(chǎn)生巨大的變化。M42鋼通常包含1%的碳[C]、8%的鈷[Co]、1.5%的鎢[W]、1.1%的釩[V]、3.75%的鉻[Cr]和9.5 %的鉬[Mo]，并且由于形成碳化物的成分含量高，因此加工形成的大部分微型結(jié)構(gòu)是粗糙的一次碳化物（結(jié)構(gòu)）。 激光束表面改性技術(shù)在更多種（微型）結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用前景將更加廣闊。 總結(jié) 本文回顧了激光束和電子束技術(shù)在鐵合金表面改性上的應(yīng)用。 除了激光和電子束加熱方法外，還有許多更新的表面改性處理技術(shù)正應(yīng)用在鐵合金上。等離子體滲氮、機(jī)械零件激光硬化及刃具和模具的PVD（物理氣相沉積）涂層似是目前應(yīng)用最廣的方法。它們應(yīng)用在電子行業(yè)的同時(shí)，還首先應(yīng)用在高價(jià)值、關(guān)鍵性機(jī)械零件上。這樣，更高的質(zhì)量及改進(jìn)的性能才是使用更高技術(shù)所增加成本的最合理結(jié)果。 激光束表面改性技術(shù)在更多種（微型）結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用前景將更加廣闊。為使應(yīng)用效果最好、技術(shù)成本最低，開始時(shí)就應(yīng)該將構(gòu)造和材料的設(shè)計(jì)及具體某個(gè)部件的生產(chǎn)程序加以集中考慮。