一、引言
　　刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表麵質量的優(you) 劣等等，在很大程度上取決(jue) 於(yu) 刀具材料的機械性能和加工性能，因此人們(men) 不斷地研究開發新的刀具材料。但新材料的開發速度常常與(yu) 現代切削加工生產(chan) 要求存在一定的差距，如在高速切削300～1000m/min切削鋼、90～200m/min切削鈦合金等要達到這樣高的切削速度，就要發展具有更加優(you) 異的高溫力學性能、高化學穩定性和熱穩定性及高溫熱抗振性的刀具材料，加速刀具材料的研究與(yu) 開發，合理選用刀具材料是推動高速切削技術廣泛應用的重要前提。激光加工是激光應用的首要領域，在此領域中激光對物體(ti) 材料的強化處理占有很重要的位置，特別是對材料表麵可進行多種強化處理。
　　在刀具材料改性中主要應用的是熔化處理，熔化處理是金屬材料表麵在激光束照射下成為(wei) 溶化狀態，同時迅速凝固，產(chan) 生新的表麵層。根據材料表麵組織變化情況，可分為(wei) 合金化、溶覆、重溶細化、上釉和表麵複合化等。激光熔凝是用適當的參數的激光輻照材料表麵，使其表麵快速熔融、快速冷凝，獲得較為(wei) 細化均質的組織和所需性質的表麵改性技術。它具有以下優(you) 點：
　　1.表麵熔化時一般不添加任何金屬元素，熔凝層與(yu) 材料基體(ti) 形成冶金結合。
　　2.在激光熔凝過程中，可以排除雜質和氣體(ti) ，同時急冷重結晶獲得的雜誌有較高的硬度、耐磨性和抗腐蝕性。
　　3.其熔層薄、熱作用區小，對表麵粗糙度和工件尺寸影響不大。有時可不再進行後續磨光而直接使用。
　　4.提高溶質原子在基體(ti) 中固溶度極限，晶粒及第二相質點超細化，形成亞(ya) 穩相可獲得無擴散的單一晶體(ti) 結構甚至非晶態，從(cong) 而使生成的新型合金獲得傳(chuan) 統方法得不到的優(you) 良性能。
　　5.光束可以通過光路導向，因而可以處理零件特殊位置和形狀複雜的表麵。

　　二、刀具材料激光表麵改性國內(nei) 外研究概況
　　目前國內(nei) 外與(yu) 此相關(guan) 的文獻較多，如利用XeCl準分子激光器(波長308nm)照射Al2O3-SiC納米複合陶瓷試樣，能量密度在0.8J/cm3～6.0J/cm3範圍內(nei) ，照射後，表麵缺陷消除，形成連續分布的光滑平整的熔化層，並出現亞(ya) 穩相γ-Al2O3，由於(yu) 表麵形貌的改善和結構的變化,使表麵韌性得到提高。W18Cr 4V車刀表麵經激光塗覆處理後，對於(yu) 深切削、快速切削和切削特硬，耐磨性有明顯的提高，若以後刀麵磨鈍為(wei) 標準,提高近250%;若以前刀麵磨鈍為(wei) 標準,提高200%;若以破損為(wei) 標準，提高近100%。此外車刀前刀麵激光處理後，後刀麵的耐磨性有明顯增長;後刀麵激光處理後，前刀麵抗月牙窪磨損能力也有一定的提高，但增長幅度不及前者。北京工業(ye) 大學的宣崇武、張連寶利用激光表麵合金化新技術，改變木材加工刀片的表麵成分，以提高刀片韌性。激光表麵合金化所得的合金化層與(yu) 刀片基體(ti) 之間是一種冶金結合，結合力優(you) 於(yu) 各種噴塗層。最佳產(chan) 品一次刃磨平均產(chan) 量<20t，但刀片本身折損率>30%。激光合金化處理後的刀片，一次刃磨壽命比最佳產(chan) 品平均提高3倍左右，且刀刃不崩、不卷、不折斷，稍加磨刃可繼續使用。無錫冶金機械廠的李良福在用激光加工法提高刀具耐用度的經驗證實，激光強化對改善各種刀具的工作能力有較好的效果。例如T8A、T10A、CrWMn和9Cr鋼模具的耐用度可提高若幹倍，成型模的壽命較一般熱處理後的使用壽命可提高15-19倍，較氮化鈷耐磨層的模具提高0.5-1倍。前蘇聯曾對WC85%+Co15%和WC92%+Co8%兩(liang) 種硬質合金粉末進行激光熔覆試驗，使用35-30J的固體(ti) 脈衝(chong) 激光和0.1，0.5，1-3Kw的連續CO2激光器，掃描速度2.2-17mm/s，在Y8A工具鋼基體(ti) 上熔覆(WC92+Co8)粉末所得最高顯微硬度為(wei) HV1180。KJ.Schmaxtjko利用準分子激光對陶瓷材料(Al2O3、ZnO2、Si3N4)的表麵直接進行重熔改性，結果表明：陶瓷材料的表麵粗糙度從(cong) 激光改性前的10-15μm，下降到1-4μm，且孔隙率大大下降。A.Detitbon的重熔方式可使表麵裂紋和孔隙至少下降50%。
　　最近幾年，激光對各種刀具材料表麵強化都有不同程度的報導[5,6]，也有人直接研究了激光對高速刀具的表麵強化，雖然激光合金化和熔覆陶瓷層已經取得了關(guan) 鍵性的進展，但是在工業(ye) 實際批量化應用較少，特別是在刀具材料改性方麵。

三、目前激光強化技術在民用刀具製造的應用
　　民用刀具量大麵廣，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(wei) 了達到經久耐用的目的，一般製造工藝方法是：1)采用整體(ti) 高性能合金材料，如高速鋼等2)采用複合鋼，如複合鋼板刀剪等3)刃口鑲焊硬質合金材料，如硬質合金、陶瓷、高速鋼等。前兩(liang) 種方法原材料要求較高，製造成本較高;而後者由於(yu) 鑲焊往往為(wei) 材料硬脆性材料，給製造工藝帶來困難，如硬質合金與(yu) 基體(ti) 的鑲焊強度、硬質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上發展起來的一項新的激光加工技術，借鑒傳(chuan) 統的堆焊技術優(you) 點，用大功率激光為(wei) 加熱源，對同步送入的合金焊絲(si) 與(yu) 基體(ti) 表層同時快速熔化，得到和基體(ti) 完全冶金結合的並具有特殊性能(耐磨、耐蝕、耐熱等)的表層，形成複合層，用於(yu) 製造雙金屬刀具。而激光合金化則是在基體(ti) 的表麵熔融層內(nei) 加入合金元素，從(cong) 而形成以基材為(wei) 基礎的新的合金層，達到表麵改性，刃口強韌化的目的。
　　綜合上述技術的優(you) 點，把這一技術應用於(yu) 刀具材料表麵強化處理，則是提高刀具耐磨性及其使用壽命的重要途徑之一，尤其對於(yu) 陶瓷、硬質合金刀具這種高硬度、耐熱性好等優(you) 點，有利於(yu) 提高加工效率和加工精度，並能對難加工材料如淬火鋼在不利的加工條件下進行切削加工。由於(yu) 它們(men) 強度相對較低，韌性和可$&*性較差，嚴(yan) 重地限製了它們(men) 的應用範圍，因此把激光表麵強化技術應用於(yu) 陶瓷、硬質合金刀具具有深刻的研究意義(yi) 和廣闊的應用前景。
　　目前，國內(nei) 外提高刀具抗磨損的方法主要分為(wei) 兩(liang) 類：一種是常規的表麵處理法，如采用非常規的表麵淬火方法、激光熔覆的方法(覆層的合金粉多為(wei) 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，這類方法比較適用於(yu) 磨粒磨損很高的工況，例如，礦山、石油、農(nong) 機等采掘工具)等，其存在的缺點就是易產(chan) 生裂紋等缺陷。另一種是最近發展起來的塗層刀具，此類方法的缺點就是沉積塗層較薄。這兩(liang) 種方法都有其不同程度的缺點。前者是通過材料本身發生的顯微組織轉變來提高硬度及耐磨性，因而隻對碳鋼有效，而對硬質合金、高速鋼材料的刀具材料而言則效果不明顯，采用後者不僅(jin) 塗層較薄，塗層沉積時間較長，而且實際使用中常常發生剝落現象。

　　以下為(wei) 激光表麵強化技術在刀具材料改性中的應用實例。

　　1. 家用廚刀激光熔覆表麵改性
　　采用激光塗層在常用的不鏽鋼廚刀刃口進行薄層快速熔覆，得到塗覆層均勻、高耐磨的刀具刃口，代替傳(chuan) 統的刀具生產(chan) 工藝，改造其產(chan) 業(ye) 提高刀具(廚刀)產(chan) 品的內(nei) 在質量和附加值。通過對塗層材料的配比、激光塗層性能等方麵的分析研究，開發出與(yu) 懶漢刀同等水平的廚刀並將其實用化。通過優(you) 化工藝采用預置式合金粉末得到了無裂紋、一定硬度塗層的厚度、變形小、回火帶窄的刃口。可以看出，熔覆層均勻覆蓋在刀刃上。 #p#分頁標題#e#
　　對斷麵分析，從(cong) 外向內(nei) 可以明顯的看出分為(wei) 4個(ge) 區域：熔覆層、硬化過渡區、回火區和基體(ti) 材料。

　　1.1 熔覆區
　　該區以塗層材料為(wei) 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顆粒，起到了彌散強化的作用。塗層過厚易形成裂紋，影響使用，通過優(you) 化工藝參數，得到了既無裂紋、硬度高、表麵光潔，與(yu) 基體(ti) 呈良好冶金結合的塗層，而這一塗層正是提高刃口磨損性能的關(guan) 鍵。

　　1.2 硬化過渡區
　　這一區域包含與(yu) 熔覆層相接的合金化層，與(yu) 回火區相接的淬火區，占硬化層的80%，硬度層硬度平緩過度，組織主要是過度細化的馬氏體(ti) 和碳化物。

　　1.3 回火區
　　由於(yu) 掃描速度的加快，回火區變窄，組織為(wei) 索氏體(ti) 及碳化物。回火區的存在有利於(yu) 保持刃口的韌性，在高硬度衝(chong) 擊情況下不至於(yu) 斷裂。

　　2. 激光熔滲納米改性強化刀具
　　激光熔滲是一種結合激光熔覆工藝和激光合金化工藝的表麵改性的方法。將其運用到園林刀具生產(chan) 過程中，可以對不同類型的刀具進行激光表麵改性強化。納米材料較之微米級材料具有更好的力學性能，塗覆於(yu) 基體(ti) 表麵的納米合金粉在高密度的激光束作用下快速熔凝，以部分納米硬質合金顆粒滲入到基體(ti) 材料當中，起到了微合金化作用，而刀具表麵又可以獲得納米晶的覆層，因而不僅(jin) 提高了強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。
　　刀片經過激光處理後，在表層形成明顯的硬化層，硬度呈現梯度變化，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，而且運轉過程有自銳性效果，使得刀片的使用壽命延長。該刀片的厚度為(wei) 1.5mm，硬化層深度為(wei) 0.18mm，表層白亮層為(wei) 合金碳化物，馬氏體(ti) ,硬度為(wei) HV0.2 820-766，心部為(wei) 回火屈氏體(ti) ，硬度為(wei) HV316 。

　　四、激光強化技術在刀具材料改性應用的展望
　　目前國內(nei) 外對工程陶瓷與(yu) 硬質合金材料的研究有一定的進展，另一方麵激光對刀具進行表麵強化處理屬當前機械加工領域的前沿，用強激光束對代替某些熱處理是一種有效的方法，結合當前納米技術的發展，在這三個(ge) 方向的基礎上找到它們(men) 的結合點，參照同類近似的研究方法，對陶瓷、硬質合金的激光強化機理及技術進行研究，提出了在以後研究工作中將通過對高耐磨/耐蝕/耐熱納米硬質粉材(陶瓷、複合材料等)的研製及配比、激光納米強化層性能、激光厚層堆焊工藝與(yu) 硬質合金材料等方麵的分析研究，針對不同刀具采用相應的工藝，利用普通的刀具材料開發出提高刀具刃口強韌性、耐磨性及使用壽命的新產(chan) 品，獲得對各種刀具類材料激光堆焊複合、納米合金熔滲及產(chan) 品化實用化的總體(ti) 工藝技術，使其能滿足實際生產(chan) 的複雜要求，尤其是克服陶瓷刀具材料脆性大、可靠性低等缺點，為(wei) 改進硬質合金和陶瓷材料增添了一條有效的途徑。
　　相信激光合金化表麵強化技術在刀具材料改性中具有廣泛的應用範圍和廣闊的應用前景。