激光表面非晶化

激光表面非晶化是利用高能量密度的激光束(106-108W/cm2)在极短时间内辐照材料表面，使表面材料发生相应物理化学变化后快速冷却而制备出非晶态组织的工艺过程。常用的工艺方法有：激光脉冲沉积、激光化学沉积、激光熔覆与激光重熔。

激光脉冲沉淀非晶化是利用脉冲激光辐照蒸发靶材材料，使蒸发的材料沉积于基材表面而形成非晶层的工艺方法。武汉理工大学的顾少轩[1]采用脉冲激光沉积(PLD) 法在载玻片上沉积了Ge-Ga-S-CdS 硫系非晶薄膜, 利用XRD、分光光度计、扫描电镜、XPS 等现代测试手段, 研究薄膜的结晶形态、光学性质和成分。结果发现, 利用脉冲激光沉积方法获得了可见光透过率为80%、光学质量优良、厚度均匀、没有明显缺陷的Ge-Ga-S-CdS 硫系非晶薄膜。

激光化学气相沉积非晶化应用相对较为广泛，其在真空室内放置基体,通入反应原料气体,在激光束作用下与基体表面及其附近的气体发生化学反应,在基体表面形成沉积薄膜，该工艺并不直接辐照基材，因此可以避免附加热输入。浙江大学袁加勇等人[2]在玻璃基片上激光化学气相沉积了非晶硅，实验结果表明, 非晶硅的沉积速率与气室气压和基片温度密切相关。用各种手段测试了样品的性质, 证实沉积得到的薄膜确是非晶硅, 而且具有良好的光电导性。之后又诞生了越来越多的科研成果，张魁武[3]详细介绍过激光化学气相沉积的基本原理,讲述了制备金属薄膜、金刚石薄膜、类金刚石薄膜、氢化非晶硅薄膜、化合物半导体薄膜及绝缘体薄膜等所用的激光器、工艺参数以及薄膜的性能。西班牙学者J. Serra, T. Sz6r6nyi等人[4]在NH3-SiH4-Ar气氛中，利用激光化学气象沉积制备了氮化硅非晶薄膜，并利用多种手段测量了薄膜的折射率、厚度、冶金结合以及其他一些性能。

激光熔覆与激光重熔非晶化技术与激光熔覆、激光重熔相似，将非晶化材料或预置于基材表面再进行激光辐照，或通过同步送粉的方式完成激光熔覆再进行重熔。香港理工大学的T.M.Yue等人[5]在纯镁板上用同步送粉法激光熔覆了Zr65Al7.5Ni10Cu17.5粉末，实现了1.5mm的熔覆层，其中有1.1mm的非晶层，冶金结合良好，耐磨损耐腐蚀性能大大提高。中科院武晓雷、洪友士[6]在退火态45钢表面激光熔覆了Fe70 Zr10Ni6Al4Si6B4粉末，非晶层最大厚度为0.74mm ,过冷液相区ΔT 为67K。经晶化热处理,纳米尺度金属间化合物Fe2Zr 均匀弥散析出。大厚度非晶层显微硬度940-980HV0. 2 ,非晶层与基体结合良好。

目前，激光非晶化技术远不如激光淬火及熔覆或合金化工艺那样成熟，成熟的工业应用并不多。如纺纱机钢令跑道表面硬度低，易生锈，造成钢令使用寿命低，纺纱断头率高，用激光非晶化处理后，钢令跑道表面的硬度提高至1000HV以上，耐磨性提高l-3倍，纺纱断头率下降75%，经济效益显著。汽车凸轮轴和铸钢套外壁经激光表面非晶态处理后，强度和耐磨蚀性均明显提高。

参考文献

[1] 顾少轩. 脉冲激光沉积Ge-Ga-S-CdS非晶薄膜[J]. 国外建材科技, 2007, 28(6): 5-7

[2] 袁加勇, 陈钮清, 陈曾济, 等. 激光化学气相沉积非晶硅[J] 中国激光, 1990, S1: 164-166

[3] 张魁武. 激光化学气相沉积[J]. 金属热处理, 2007, 06: 118-126

[4] Deposition of amorphous silicon nitride thin films by CO 2 laser-induced chemical vapour deposition. Journal of Non-Crystalline Solids. 187 (1995) 353 360）

5] Laser cladding of Zr65Al7.5Ni10Cu17.5 amorphous alloy on magnesium. Materials Letters 61 (2007) 209–212）

[6] 武晓雷, 洪友士. 激光熔覆铁基大厚度非晶合金表层的研究[J]. 金属热处理学报, 2001, 22(1): 51-54