三. 目前激光強(qiáng)化技術(shù)在民用刀具制造的應(yīng)用

民用刀具量大面廣，有：廚刀、剪刀、剃須刀、粉碎刀等，目前刀具失效原因主要在刀刃，如刃口磨損、崩刃、腐蝕等，為了達(dá)到經(jīng)久耐用的目的，一般制造工藝方法是：1）采用整體高性能合金材料，如高速鋼等2）采用復(fù)合鋼，如復(fù)合鋼板刀剪等3）刃口鑲焊硬質(zhì)合金材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、高速鋼等。前兩種方法原材料要求較高，制造成本較高；而后者由于鑲焊往往為材料硬脆性材料，給制造工藝帶來困難，如硬質(zhì)合金與基體的鑲焊強(qiáng)度、硬質(zhì)合金鑲焊長度有限等，使用壽命受到影響。

激光堆焊是繼激光熔覆技術(shù)上發(fā)展起來的一項新的激光加工技術(shù)，借鑒傳統(tǒng)的堆焊技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，用大功率激光為加熱源，對同步送入的合金焊絲與基體表層同時快速熔化，得到和基體完全冶金結(jié)合的并具有特殊性能（耐磨、耐蝕、耐熱等）的表層，形成復(fù)合層，用于制造雙金屬刀具。而激光合金化則是在基體的表面熔融層內(nèi)加入合金元素，從而形成以基材為基礎(chǔ)的新的合金層，達(dá)到表面改性，刃口強(qiáng)韌化的目的。

綜合上述技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，把這一技術(shù)應(yīng)用于刀具材料表面強(qiáng)化處理，則是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一，尤其對于陶瓷、硬質(zhì)合金刀具這種高硬度、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高加工效率和加工精度，并能對難加工材料如淬火鋼在不利的加工條件下進(jìn)行切削加工。由于它們強(qiáng)度相對較低，韌性和可$&*性較差，嚴(yán)重地限制了它們的應(yīng)用范圍，因此把激光表面強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用于陶瓷、硬質(zhì)合金刀具具有深刻的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。

目前，國內(nèi)外提高刀具抗磨損的方法主要分為兩類：一種是常規(guī)的表面處理法，如采用非常規(guī)的表面淬火方法、激光熔覆的方法（覆層的合金粉多為Ni、Co基自熔合金或添加粗顆粒的碳化鎢或者采用激光厚層熔覆，這類方法比較適用于磨粒磨損很高的工況，例如，礦山、石油、農(nóng)機(jī)等采掘工具）等，其存在的缺點(diǎn)就是易產(chǎn)生裂紋等缺陷。另一種是最近發(fā)展起來的涂層刀具，此類方法的缺點(diǎn)就是沉積涂層較薄。這兩種方法都有其不同程度的缺點(diǎn)。前者是通過材料本身發(fā)生的顯微組織轉(zhuǎn)變來提高硬度及耐磨性，因而只對碳鋼有效，而對硬質(zhì)合金、高速鋼材料的刀具材料而言則效果不明顯，采用后者不僅涂層較薄，涂層沉積時間較長，而且實際使用中常常發(fā)生剝落現(xiàn)象。

以下為激光表面強(qiáng)化技術(shù)在刀具材料改性中的應(yīng)用實例。

3.1 家用廚刀激光熔覆表面改性

采用激光涂層在常用的不銹鋼廚刀刃口進(jìn)行薄層快速熔覆，得到涂覆層均勻、高耐磨的刀具刃口，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的刀具生產(chǎn)工藝，改造其產(chǎn)業(yè)提高刀具（廚刀）產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和附加值。通過對涂層材料的配比、激光涂層性能等方面的分析研究，開發(fā)出與“懶漢刀”同等水平的廚刀并將其實用化。通過優(yōu)化工藝采用預(yù)置式合金粉末得到了無裂紋、一定硬度涂層的厚度、變形小、回火帶窄的刃口?？梢钥闯?，熔覆層均勻覆蓋在刀刃上。

對斷面分析，從外向內(nèi)可以明顯的看出分為4個區(qū)域：熔覆層、硬化過渡區(qū)、回火區(qū)和基體材料。

3.1.1 熔覆區(qū)

該區(qū)以涂層材料為主要成分，硬度較高HV990-1300，厚度0.02-0.08mm，其中大量未熔的硬質(zhì)顆粒，起到了彌散強(qiáng)化的作用。涂層過厚易形成裂紋，影響使用，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，得到了既無裂紋、硬度高、表面光潔，與基體呈良好冶金結(jié)合的涂層，而這一涂層正是提高刃口磨損性能的關(guān)鍵。

3.1.2 硬化過渡區(qū)

這一區(qū)域包含與熔覆層相接的合金化層，與回火區(qū)相接的淬火區(qū)，占硬化層的80%，硬度層硬度平緩過度，組織主要是過度細(xì)化的馬氏體和碳化物。

3.1.3 回火區(qū)

由于掃描速度的加快，回火區(qū)變窄，組織為索氏體及碳化物。回火區(qū)的存在有利于保持刃口的韌性，在高硬度沖擊情況下不至于斷裂。

3.2 激光熔滲納米改性強(qiáng)化刀具

激光熔滲是一種結(jié)合激光熔覆工藝和激光合金化工藝的表面改性的方法。將其運(yùn)用到園林刀具生產(chǎn)過程中，可以對不同類型的刀具進(jìn)行激光表面改性強(qiáng)化。納米材料較之微米級材料具有更好的力學(xué)性能，涂覆于基體表面的納米合金粉在高密度的激光束作用下快速熔凝，以部分納米硬質(zhì)合金顆粒滲入到基體材料當(dāng)中，起到了微合金化作用，而刀具表面又可以獲得納米晶的覆層，因而不僅提高了強(qiáng)韌性及耐磨而且還加深了刀具刃口的硬度層深，延長了刀具的使用壽命。

刀片經(jīng)過激光處理后，在表層形成明顯的硬化層，硬度呈現(xiàn)梯度變化，心部仍保持原來的組織。這樣使得表層硬而耐磨，芯部保持韌性，而且運(yùn)轉(zhuǎn)過程有“自銳性”效果，使得刀片的使用壽命延長。該刀片的厚度為1.5mm，硬化層深度為0.18mm，表層白亮層為合金碳化物，馬氏體,硬度為HV0.2 820-766，心部為回火屈氏體，硬度為HV316 。

四、激光強(qiáng)化技術(shù)在刀具材料改性應(yīng)用的展望

目前國內(nèi)外對工程陶瓷與硬質(zhì)合金材料的研究有一定的進(jìn)展，另一方面激光對刀具進(jìn)行表面強(qiáng)化處理屬當(dāng)前機(jī)械加工領(lǐng)域的前沿，用強(qiáng)激光束對代替某些熱處理是一種有效的方法，結(jié)合當(dāng)前納米技術(shù)的發(fā)展，在這三個方向的基礎(chǔ)上找到它們的結(jié)合點(diǎn)，參照同類近似的研究方法，對陶瓷、硬質(zhì)合金的激光強(qiáng)化機(jī)理及技術(shù)進(jìn)行研究，提出了在以后研究工作中將通過對高耐磨/耐蝕/耐熱納米硬質(zhì)粉材（陶瓷、復(fù)合材料等）的研制及配比、激光納米強(qiáng)化層性能、激光厚層堆焊工藝與硬質(zhì)合金材料等方面的分析研究，針對不同刀具采用相應(yīng)的工藝，利用普通的刀具材料開發(fā)出提高刀具刃口強(qiáng)韌性、耐磨性及使用壽命的新產(chǎn)品，獲得對各種刀具類材料激光堆焊復(fù)合、納米合金熔滲及產(chǎn)品化實用化的總體工藝技術(shù)，使其能滿足實際生產(chǎn)的復(fù)雜要求，尤其是克服陶瓷刀具材料脆性大、可靠性低等缺點(diǎn)，為改進(jìn)硬質(zhì)合金和陶瓷材料增添了一條有效的途徑。

相信激光合金化表面強(qiáng)化技術(shù)在刀具材料改性中具有廣泛的應(yīng)用范圍和廣闊的應(yīng)用前景。