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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