激光表面处理是利用高能量激光束对材料表面进行改性或功能化加工的技术，通过精确控制激光参数（功率、波长、脉宽等）实现材料表面的强化、清洗、纹理化、合金化等效果。该技术广泛应用于汽车制造、航空航天、电子、医疗等领域，具有非接触、高精度、环保等优势。

1. 激光表面处理的主要工艺类型

(1) 激光表面强化

① 激光淬火（Laser Hardening）

• 原理：激光快速加热金属表面（如钢、铸铁），随后自冷却形成马氏体，提高硬度。

• 特点：

  • 硬度提升20%-50%（如45钢从HRC25升至HRC50）。

  • 变形小，无需后续加工。

• 应用：齿轮齿面、模具刃口、发动机缸体。

• 图片示例：淬火后表面显微组织（搜索 "Laser hardened steel microstructure"）。

② 激光冲击强化（LSP）

• 原理：短脉冲激光（纳秒级）诱导等离子体冲击波，在金属表面产生残余压应力。

• 特点：

  • 提高疲劳寿命（如航空叶片提升3-5倍）。

  • 无热影响区，适合铝合金、钛合金。

• 应用：飞机发动机叶片、核电涡轮转子。

(2) 激光表面清洗

① 干式激光清洗

• 原理：脉冲激光使污染物（氧化物、油污）瞬间汽化或剥离。

• 优势：

  • 替代化学清洗（如船舶焊前除锈）。

  • 环保无废液，精度达0.1mm。

• 应用：文物修复（青铜器）、锂电池极片清洗。

② 湿式激光清洗

• 原理：在材料表面涂覆水膜，激光激发水蒸气爆炸剥离污垢。

• 适用场景：精细清洗（如半导体晶圆）。

(3) 激光表面熔覆（Laser Cladding）

• 原理：激光熔化基材表面同时送入合金粉末，形成冶金结合层。

• 特点：

  • 耐磨/耐腐蚀性提升（如钴基合金覆层硬度达HRC60）。

  • 修复磨损部件（节省成本50%以上）。

• 应用：石油钻杆、轧辊修复、涡轮叶片涂层。

• 图片示例：熔覆层横截面（搜索 "Laser cladding cross-section"）。

(4) 激光表面合金化

• 原理：激光熔化基材与预置/同步输送的合金元素，形成新成分表层。

• 案例：

  • 铝表面激光钛合金化（提高耐高温性）。

  • 铜导线局部银合金化（降低接触电阻）。

(5) 激光表面纹理化（Laser Texturing）

① 功能性纹理

• 疏水/亲水表面：激光刻蚀微米级沟槽（如汽车挡风玻璃防雾）。

• 摩擦控制：发动机缸套激光珩磨（降低油耗10%）。

② 装饰性纹理

• 金属哑光效果：光纤激光打标机处理不锈钢（如手机中框）。

• 3D浮雕：CO₂激光雕刻木纹/皮革（奢侈品包装）。

2. 激光器选择与工艺参数

3. 行业应用案例

(1) 汽车制造

• 发动机缸体：激光淬火提升耐磨性（替代传统渗氮工艺）。

• 刹车盘：激光清洗去除氧化层，提高制动稳定性。

(2) 航空航天

• 涡轮叶片：激光冲击强化延长疲劳寿命（FAA认证工艺）。

• 机身蒙皮：激光除漆（减少化学溶剂使用）。

(3) 电子行业

• PCB焊盘：激光清洗去除氧化物，提高焊接良率。

• 手机玻璃：紫外激光雕刻疏油层纹理。

(4) 能源领域

• 核电管道：激光熔覆不锈钢防腐层（耐辐射）。

• 太阳能硅片：激光刻蚀绒面结构（提升光吸收率）。

激光表面处理技术正逐步替代传统工艺，成为高端制造的核心表面工程手段。随着超快激光成本下降和工业互联网的应用，未来将在新能源汽车电池、半导体封装等新兴领域进一步拓展。