近日，克拉斯諾亞爾斯克和莫斯科的科學(xué)家們開發(fā)出了一種表面處理技術(shù)，這種技術(shù)能使材料的硬度提高五倍以上。為了改變鋼鐵的性質(zhì)，通常需要摻雜硅、錳、釩、鈦等雜質(zhì)。通過使用富勒烯，石墨烯或納米碳管等納米碳材料和表面處理激光器可以改善該技術(shù)，增強鋼鐵的性能。

俄羅斯科學(xué)家選擇炭黑作為納米材料，這種材料是通過在石墨電極的電弧放電中生產(chǎn)富勒烯獲得的。經(jīng)過激光處理后，與傳統(tǒng)的技術(shù)鋼相比，涂有納米結(jié)構(gòu)碳的鐵的硬度增加了五倍多，增強材料的摩擦系數(shù)比初始樣品低20-30%。由此可見，激光加熱不但不會導(dǎo)致產(chǎn)品變形，還會減少工藝流程的繁瑣。

激光表面處理，是通過對工件表面進行設(shè)計和激光改進處理，從而改善其表面性能的方法。它是利用激光束快速、局部地加熱工件，實現(xiàn)局部急熱或急冷，可在大氣、真空等環(huán)境中進行處理。通過改變激光參數(shù)，可解決不同的表面處理工藝問題。工件變形極小，是一種非接觸式處理方法。根據(jù)表面處理目的不同，分為表面改性處理(包括激光上釉、激光重熔、激光合金化、激光涂敷)和去除處理(如激光清洗)。

一般鋼鐵材料在進行激光表面相變硬化時，其表層是熔化的，為了加深表層硬化層才使表層熔化。表層熔化時，可使合金元素溶入表層基體材料中，以提高表面耐磨蝕性、耐磨性和抗沖擊強度等。這種表面處理有表面合金化、表面涂覆、非晶化和快速熔凝等。

激光熔覆技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新技術(shù)，它是使金屬或合金粉粒在激光處理時完全溶化，同時盡量減少基體熔化，從而在基體表面形成一個主要由熔化粒子組成的涂覆層。其潛在開發(fā)領(lǐng)域很寬，現(xiàn)場應(yīng)用效益顯著。

激光熔覆具有以下優(yōu)點：

1）冷卻速度快；

2）熱輸入小，畸變小，涂層稀釋度低；

3）許多金屬和合金能夠熔覆到任何金屬和合金上，特別是能在低熔點金屬上熔覆高熔點合金；

4）能進行選區(qū)熔覆，材料消耗少；

5）激光光束瞄準(zhǔn)，能夠使難以接近的區(qū)域熔覆；

6）工藝過程易于實現(xiàn)自動化。

今天，筆者要為大家介紹激光表面處理技術(shù)在摩托車發(fā)動機缸體上是如何發(fā)揮作用的。

美國通用汽車公司

美國通用汽車公司在鋁氣缸蓋氣門座上用激光熔覆一層較硬的耐磨材料，省去了氣門座以及相關(guān)的氣門座壓入工序，氣缸蓋空間尺寸因此也增大，相關(guān)設(shè)計更合理，成本下降。

日本雅馬哈

日本雅馬哈摩托車為了提高新鮮混合氣體的填充效率，在四沖程發(fā)動機上采用二進二排的四氣門機構(gòu)后，又采用了三進二排的五氣門機構(gòu)，結(jié)果功率提高了10%，燃油消耗降低了50%。這種的結(jié)果是省去氣門座，采用氣門座激光熔覆技術(shù)。使用該技術(shù)的雅馬達(dá)車型有TMD850、YZX750、EF750等。

日本Toyota

Toyota公司也在鋁合金汽缸蓋上激光熔覆銅基合金復(fù)合材料，耐磨性得到了顯著地提高。Fiat最早開始開展激光熔覆閥座、閥柄、鋁合金汽缸體工業(yè)應(yīng)用的試驗研究。

為減輕摩托車重量，國外已成功地使用增強鋁合金取代鐵子減油缸。這種油缸具有極佳的耐溫、耐磨、耐沖擊等性能，能承受摩托車減振器極苛刻的往復(fù)運動負(fù)荷。而且重量減輕了2/3，使用壽命提高了3~5倍。

目前，我國在對激光熔覆材料、工藝及相關(guān)技術(shù)問題進行深入分析研究的基礎(chǔ)上，成功的將該項技術(shù)應(yīng)用到新型復(fù)合模具的快速制造、在線模具的表面改性、失效模具的修復(fù)和報廢模具的翻新利用等領(lǐng)域。