激光表面处理和离子注入技术应用实例

零件及材料名称

工艺及设备

(应用单位)

效  果

汽车与拖拉机缸套

国产1～2kWCO₂激光器

(西安内燃机配件厂)

提高寿命约40%，降低成本20%，汽车缸套大修期从10万～15万公里提高到30万公里。拖拉机缸套寿命达8000h以上

手锯条(T10钢)

国产2kWCO₂激光器

(重庆机械厂)

使用寿命比国家标准提高61%，使用中无脆断

发动机汽缸体

4条自动生产线

2kWCO₂激光器

(中国第一汽车制造厂)

寿命提高1倍以上，行车超过20万公里

东风4型内燃机汽缸套

2kWCO₂激光器

(大连机车车辆厂)

使用寿命提高到50万公里

2-351组合机导轨

2kWCO₂激光器

(中国第一汽车制造厂)

硬度和耐磨性远高于高频淬火的组织

硅钢片模具

美国820型横流1.5kWCO₂激光器

(天津渤海无线电厂)

变形小，模具耐磨性和使用寿命提高约10倍

采油机汽缸套

HJ-3型千瓦级横流CO₂激光器

(青岛激光加工中心)

可取代硼缸套，耐磨性和配副性优良

转向器壳体

2kW横流CO₂激光器

(江西转向器厂)

耐磨性比未处理的提高4倍

机床

导轨

铸铁

激

光

淬

火

5kWCO₂激光器，波导镜，带宽20mm，υ＝0.6m/min

硬度：650HV

定位环

C60

5kWCO₂激光器，波导镜，带宽15mm，υ＝0.65m/min

淬火深度：1mm

硬度：700HV

凸轮轴

铸铁

4.5kWCO₂激光器，波导镜，带宽15mm，υ＝0.9m/min

淬火深度：1.2mm

硬度：800HV

法兰

凸轮

42CrMo4V

①CO₂激光器，4.7kW，带宽10mm，υ＝1.5m/min

②CO₂激光器，5kW，带宽6mm，υ＝1.8m/min

淬火深度：0.3mm，硬度：500HV

淬火深度：0.2mm，硬度：550HV

活塞环

耐热钢

f 420mm×8mm

激光重熔，5kWCO₂激光器

重熔宽度：4mm

重熔深度：1.2mm

钛合金

工件

Ti6Al4V

f 200mm×20mm

激光气体表面合金化，5kWCO₂激光器，氮气30L/min，扫描速度：5mm/min

合金化宽度：16mm(圆柱面、搭接)

合金化深度：0.15mm，硬度：1800HV

阀杆

密封面

耐热钢

f 60mm

激

光

熔

覆

5kWCO₂激光器，Co基合金粉末，熔覆速度：0.3m/min

硬度：650HV

活塞

摩擦面

耐热钢

CO₂激光2kW，NiCrBSi/WS粉末，熔覆层厚度：1mm，熔覆速度：1.2m/min

硬度：620HV

活塞

摩擦面

耐热钢

5kWCO₂激光器，υ＝1.2m/min，填充材料:药芯焊丝

辊环

低合金钢

CO₂激光器，6kW，Co基合金粉末，熔覆层厚度：1.5mm×3层，熔覆速度：0.3m/min

硬度：700HV

汽车

阀座

AlSi10Mg

CO₂激光器，6.8kW，AlSi12+Delom15粉末，熔覆速度：0.6m/min

硬度：340HV

凹模

CrMo耐热钢

5kWCO₂激光器，υ＝0.4m/min

熔覆层深度：1.5mm，硬度：600HV

螺旋

不锈钢

激光熔覆直接成形，CO₂激光器，4kW，Delom50粉末，熔覆层厚度：12mm×5层，熔覆速度：0.4m/min，硬度：610HV

零件及材料名称

离 子

效  果

零件及材料名称

离 子

效  果

轴承、齿轮、阀、模具

Fe基合金

Ti⁺  +C⁺

耐蚀性

铜拉丝模

WC-CO

C⁺

5(寿命提高倍数，

以下同)

外科手术器械

Fe基合金

Cr⁺

耐蚀性

刀具

工具钢

N⁺

5

齿轮

Fe基合金

Ta⁺  +C⁺

抗咬合性

刀具

WC-CO

N⁺

2～4

海洋器件、化工装置

不锈钢

P⁺

耐蚀性

切割塑料的刀具

90%Mn、8%V、金刚石

N⁺

5

人工骨骼、宇航器件

Ti合金

C⁺  N⁺

耐磨性、耐蚀性

模具

钢、WC、

WC-CO

N⁺

2～4

橡胶、塑料模具

Al合金

N⁺

耐磨性、起模能力

贵重金属铆接砧板

D3

N⁺

2～5

宇航、海洋用器件

Al合金

Mo⁺

耐蚀性

轧辊(用于铝、铜)

合金钢

3～6

铝罐、管挤压工具

D3

N⁺

3～5

印刷线路板钻头

高速钢

N⁺

4

铸模工具

钢

3～5

金属钻头

工具钢

N⁺

0.2～6

丝锥

工具钢

8～10

石墨用钻

WC

6

细丝模

工具钢

3～4

滚铣刀

高速钢

N⁺

2～3

人造髋关节

钛合金

Ti6Al4V

—

N⁺

100

400

丝状切割器

高速钢

N⁺

5

环状切换器

高速钢

11

原子炉构件、化工装置

Zr合金

N⁺

硬度、耐磨性、

耐蚀性

注入器嘴、模

工具钢

2～10

燃料注入器

工具钢

100

阀座、搓丝板、移动式起重机

硬Cr层

N⁺

硬度

精密航空轴承

M50、440

更好耐蚀性

铍合金轴承

铍合金

B⁺

3～5

涡轮机叶片

超合金

Y⁺、Ce⁺、

Al⁺

抗氧化性

球轴承

4210钢

Cr⁺

海水中腐蚀降低3倍

球轴承

M50

Ti⁺

降低磨损和腐蚀

纺丝模口

超合金

Ti⁺+C⁺

耐磨性

玻璃纤维挤压器

工具钢

Ti⁺

显著降低磨损

电池

铜合金

Cr⁺

耐蚀性

轴承

Be合金

B⁺

耐磨性

涡轮叶片

Ni钢

Y⁺

高抗氧化性

工具、刀具

WC+Co

N⁺

耐磨性

蒸汽阀门

钢

Sn⁺

摩擦降低90%

牙钻

WC+Co

N⁺

2～3

泵部件

17-4PH

Ti⁺+C⁺

降低磨损

零件及材料名称

离子类型及剂量

寿命提高倍数

零件及材料名称

离子类型及剂量

寿命提高倍数

纸  刀

1% C、

1.6%Cr钢

N⁺ 8×10¹⁷/cm²

2

铜拉丝模

WC-6%Co

N⁺ 5×10¹⁷/cm²

5

塑料孔钻

高速钢

N⁺ 8×10¹⁷/cm²

5

注入器嘴

D3

N⁺ 5×10¹⁷/cm²

5

乳液割刀

WC-6%Co

N⁺ 8×10¹⁷/cm²

12

螺纹板牙

M2高速钢

N⁺ 8×10¹⁷/cm²

5

铜条模具

WC-6%Co

C⁺ 5×10¹⁷/cm²

5

模具和冲头

2% C、

12%Cr钢

N⁺ 4×10¹⁷/cm²

显著降低粘着磨损

钢拉丝模

WC-6%Co

C⁺ 5×10¹⁷/cm²

3

酚醛树脂

用丝锥

M2高速钢

N⁺ 8×10¹⁷/cm²

12

离子混合的的应用

基 材

离子元素

混合元素、磁控溅射、离子镀

应  用

动态离子混合的应用

基 材

离子元素

蒸气沉积元素

应  用

Ti6Al4V

N⁺

Sn

耐磨性

钢

N⁺

B

超硬氮化硼

超合金、钢

Ar⁺

Y

抗氧化性

钢

N⁺

Ti、Hf

强的黏结硬化层

(TiN、HfN)

碳

Ar⁺

Pt

表面催化

钢

钛

铁

Ar⁺、Kr⁺

Ar⁺

Ar⁺、Xe⁺

CrPd

PtAl

Cr

耐蚀性

任何材料

Ne⁺

Al、Cu、Au

小气孔率的

强黏结金属层

铜

Ne⁺

Al、Cr

抗表面失泽性

钢

Ne⁺、He⁺

Cr、Ta

耐蚀涂层

Al₂O₃、石英、陶瓷、塑料

Ne⁺、He⁺

Al、Cu、Au

改善黏结性

任何材料

N⁺

Ti

PVD涂层的

基材准备