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第1章 概述 1

1.1 激光表面改性技术基础 1

1.1.1 激光产生机理 1

1.1.2 激光的特性与模式 4

1.1.3 激光与材料相互作用的物理基础 7

1.1.4 金属材料对激光的吸收 12

1.2 激光表面改性主要技术内容与特点 21

1.2.1 激光表面改性技术内容 21

1.2.2 激光表面改性技术特点 23

1.3 激光表面改性技术的内涵及作用 24

1.3.1 激光表面改性技术的内涵 24

1.3.2 激光表面改性技术在发展循环经济、建设节约型社会中的作用 25

1.4 激光表面改性技术国内外发展现状与展望 25

1.4.1 激光表面改性技术国外发展现状 25

1.4.2 激光表面改性技术国内发展现状 27

1.4.3 激光表面改性技术存在的问题与前景展望 29

参考文献 30

第2章 激光表面改性成套设备 32

2.1 激光器的类型、特点与选用原则 32

2.1.1 气体激光器 32

2.1.2 掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）激光器 34

2.1.3 准分子激光器 35

2.1.4 半导体激光器 36

2.1.5 光纤激光器 37

2.1.6 激光器选用原则 38

2.2 导光聚焦系统 39

2.2.1 激光传输与变换设计 40

2.2.2 光束聚焦系统 41

2.3 喂料系统 44

2.3.1 自动送粉系统 45

2.3.2 自动送丝系统 53

2.4 激光表面改性质量监控系统 55

2.4.1 温度检测与反馈控制系统 55

2.4.2 激光表面改性成套设备在线质量控制与集成 55

参考文献 58

第3章 激光相变硬化表面改性技术与应用 60

3.1 激光相变硬化表面改性工艺及特性 60

3.1.1 激光相变硬化表面改性工艺 60

3.1.2 激光相变硬化表面改性技术特性 65

3.2 激光相变硬化机理 66

3.3 激光表面固溶强化 66

3.3.1 激光固溶强化机理 66

3.3.2 激光表面固溶强化工艺及特性 68

3.4 激光相变硬化的计算机模拟 69

3.4.1 激光相变硬化的计算机模拟 69

3.4.2 人工神经网络在激光相变硬化中的应用 69

3.5 激光相变硬化专家系统 70

3.5.1 专家系统基本结构 70

3.5.2 专家系统正向推理的设计与使用实例 70

3.5.3 专家系统逆向推理的设计与使用实例 71

3.5.4 专家系统的集成 73

3.6 激光相变硬化工业应用 74

3.6.1 可进行激光相变硬化的工件分类 74

3.6.2 激光相变硬化工业应用实例 75

参考文献 85

第4章 激光重熔强化表面改性技术与应用 87

4.1 激光表面重熔强化工艺及特性 87

4.1.1 激光重熔强化工艺 87

4.1.2 激光重熔强化表面改性技术特性 88

4.2 激光表面重熔强化机理 89

4.2.1 温度梯度对界面稳定性的影响 89

4.2.2 浓度梯度对界面稳定性的影响 89

4.2.3 界面能对界面稳定性的影响 90

4.2.4 界面稳定性与晶体生长形态的关系 90

4.3 激光重熔强化表面改性工业应用 91

4.3.1 冶金工业冷轧辊激光毛化表面改性的应用 91

4.3.2 冶金工业热轧辊激光重熔强化表面改性的应用 94

4.3.3 65Mn钢金刚石锯片基体激光表面重熔强化的应用 95

参考文献 96

第5章 激光合金强化表面改性技术与应用 98

5.1 激光合金化工艺与特性 98

5.1.1 激光合金化工艺 98

5.1.2 激光合金化特性 99

5.2 激光合金化机理 99

5.3 激光合金化合金成分的设计 100

5.4 激光合金强化表面改性技术应用实例 102

5.4.1 不锈钢刀具刃口激光合金化技术的应用 102

5.4.2 汽轮机叶片激光合金化表面改性技术的应用 103

5.4.3 螺杆激光表面合金化技术的应用 106

5.4.4 塑料刀片激光合金化替代焊接 109

参考文献 111

第6章 激光熔覆表面改性技术与应用 112

6.1 激光表面熔覆工艺及特性 112

6.1.1 激光熔覆工艺技术 112

6.1.2 激光熔覆特性 113

6.2 激光熔覆表面改性技术的机理 114

6.3 激光熔覆表面改性的专用材料 114

6.3.1 激光熔覆专用合金粉 114

6.3.2 激光熔覆专用药芯合金丝 121

6.4 激光熔覆工艺参数对熔覆层形状及稀释率的影响 126

6.4.1 对熔覆层形状的影响 126

6.4.2 激光工艺参数对稀释率的影响 128

6.5 激光熔覆层裂纹、气孔的产生与控制 130

6.5.1 激光熔覆层应力状态 130

6.5.2 激光熔覆层裂纹的产生与控制 134

6.5.3 激光熔覆层气孔的产生与控制 139

6.6 激光熔覆表面改性工业应用实例 140

6.6.1 激光三维熔覆大型超临界汽轮机叶片替代传统的镶嵌工艺 140

6.6.2 激光三维熔覆注塑（橡）机螺杆替代进口双金属螺杆 142

6.6.3 激光熔覆技术在石化系统的碱过滤器中的应用 146

6.6.4 用专用药芯合金丝激光熔覆大型汽车模具及卧螺离心机叶片 149

参考文献 152

第7章 激光熔覆法制备纳米结构表面改性涂层技术与应用 153

7.1 纳米结构涂层概述 153

7.1.1 纳米结构涂层制备方法 154

7.1.2 激光纳米涂层的特性 154

7.2 激光熔覆制备纳米结构涂层的工艺技术 155

7.2.1 纳米材料的预置工艺技术 155

7.2.2 激光熔覆纳米涂层的工艺技术 156

7.3 预置法制备纳米Al2O3/Ni/CNT复合涂层 157

7.3.1 制备方法 157

7.3.2 纳米Al2O3含量对组织、性能的影响 158

7.3.3 工艺参数对涂层组织、性能的影响 160

7.3.4 纳米材料的复合对涂层组织、性能的影响 161

7.3.5 形成机理分析 163

7.4 预置法制备纳米碳化钨涂层 164

7.4.1 制备方法 164

7.4.2 激光扫描后的组织转变及分析 165

7.4.3 表层性能分析 168

7.4.4 强化机理分析 170

7.5 纳米碳管涂层的组织与性能 171

7.5.1 表面碳化层组织结构及其转变机理 172

7.5.2 表面碳化层的硬度分析 175

7.5.3 磨损性能 176

7.6 激光制备纳米结构涂层工业应用实例 177

参考文献 179

第8章 激光与化学复合镀制备纳米结构表面改性涂层技术与应用 180

8.1 激光与化学镀复合制备纳米结构涂层工艺与设备 180

8.1.1 激光与化学镀复合的晶态转变纳米结构涂层 180

8.1.2 激光与化学镀复合制备金属间化合物的纳米结构涂层 181

8.2 激光与化学镀复合纳米涂层的组织形貌 182

8.2.1 镀层的组织形貌 182

8.2.2 激光熔覆后复合镀层的微观组织形貌及其形成原因 184

8.3 激光与化学复合镀复合涂层的性能 190

8.4 纳米Al2O3镀层复合强化机理 193

参考文献 195

第9章 激光化学反应原位合成TiC涂层的工艺技术 197

9.1 激光化学反应原位合成TiC涂层的制备工艺与设备 197

9.1.1 反应粉体的制备工艺与设备 197

9.1.2 预置层的激光强化处理工艺与设备 199

9.2 激光化学反应合成TiC涂层组织形貌与形成机理 199

9.2.1 微观组织分析 199

9.2.2 碳化钛原位合成机理分析 202

9.3 激光化学反应合成TiC涂层的性能 204

9.4 激光制备TiC复合涂层的其他方法 206

9.4.1 直接加入TiC颗粒法 206

9.4.2 激光辅助自蔓延合成法 206

9.4.3 预置C源原位合成法 206

9.4.4 激光辅助铝热还原法 207

9.5 原位化学合成的扩展反应 207

参考文献 207

第10章 激光冲击硬化表面改性技术与应用 209

10.1 激光冲击硬化工艺及特性 209

10.1.1 激光冲击硬化工艺 209

10.1.2 激光冲击硬化特性 210

10.2 激光冲击硬化的机理 212

10.3 激光冲击硬化的工业应用 213

参考文献 215

第11章 激光非晶化表面改性技术与应用 216

11.1 激光非晶化工艺及特性 216

11.1.1 激光制备非晶层的工艺方法 217

11.1.2 激光非晶化特性 219

11.2 激光非晶化机理 220

11.3 激光非晶化工业应用实例 221

参考文献 222

第12章 有色金属激光表面改性技术与应用 223

12.1 铝合金激光表面改性技术 223

12.1.1 铝合金特性 223

12.1.2 铝合金激光重熔强化改性技术 224

12.1.3 铝合金激光合金化表面改性技术 224

12.1.4 铝合金激光熔覆表面改性技术 225

12.1.5 铝合金激光表面改性技术的工业应用 226

12.2 镁合金激光表面改性技术 228

12.2.1 镁合金激光表面重熔改性技术 228

12.2.2 镁合金激光表面合金化改性技术 229

12.2.3 镁合金激光表面熔覆改性技术 229

12.3 钛合金激光表面改性技术 230

12.3.1 钛合金激光表面熔凝技术 230

12.3.2 钛合金激光表面合金化技术 231

12.3.3 钛合金激光表面熔覆技术 233

12.4 铜及铜合金激光表面改性技术 237

参考文献 238

第13章 激光安全操作与防护 241

13.1 激光表面改性过程对人体的潜在危害 241

13.1.1 对眼睛的危害 242

13.1.2 对皮肤的危害 243

13.1.3 电气对人体的危害 243

13.1.4 有毒气体及粉尘的危害 243

13.2 安全防护措施 244

13.2.1 激光表面改性处理系统危害的工程控制 244

13.2.2 个人防护 246

13.3 激光安全管理 246

参考文献 247