雷射表面非晶化

雷射表面非晶化是利用高能量密度的雷射束(106-108W/cm2)在極短時間內輻照材料表面，使表面材料發生相應物理化學變化後快速冷卻而製備出非晶態組織的工藝過程。常用的工藝方法有：雷射脈衝沉積、雷射化學沉積、雷射熔覆與雷射重熔。
雷射脈衝沉澱非晶化是利用脈衝雷射輻照蒸發靶材材料，使蒸發的材料沉積於基材表面而形成非晶層的工藝方法。武漢理工大學的顧少軒[1]採用脈衝雷射沉積(PLD) 法在載玻片上沉積了Ge-Ga-S-CdS 硫系非晶薄膜, 利用XRD、分光光度計、掃描電鏡、XPS 等現代測試手段, 研究薄膜的結晶形態、光學性質和成分。結果發現, 利用脈衝雷射沉積方法獲得了可見光透過率為80%、光學質量優良、厚度均勻、沒有明顯缺陷的Ge-Ga-S-CdS 硫系非晶薄膜。
雷射化學氣相沉積非晶化套用相對較為廣泛，其在真空室內放置基體,通入反應原料氣體,在雷射束作用下與基體表面及其附近的氣體發生化學反應,在基體表面形成沉積薄膜，該工藝並不直接輻照基材，因此可以避免附加熱輸入。浙江大學袁加勇等人[2]在玻璃基片上雷射化學氣相沉積了非晶矽，實驗結果表明, 非晶矽的沉積速率與氣室氣壓和基片溫度密切相關。用各種手段測試了樣品的性質, 證實沉積得到的薄膜確是非晶矽, 而且具有良好的光電導性。之後又誕生了越來越多的科研成果，張魁武[3]詳細介紹過雷射化學氣相沉積的基本原理,講述了製備金屬薄膜、金剛石薄膜、類金剛石薄膜、氫化非晶矽薄膜、化合物半導體薄膜及絕緣體薄膜等所用的雷射器、工藝參數以及薄膜的性能。西班牙學者J. Serra, T. Sz6r6nyi等人[4]在NH3-SiH4-Ar氣氛中，利用雷射化學氣象沉積製備了氮化矽非晶薄膜，並利用多種手段測量了薄膜的折射率、厚度、冶金結合以及其他一些性能。
雷射熔覆與雷射重熔非晶化技術與雷射熔覆、雷射重熔相似，將非晶化材料或預置於基材表面再進行雷射輻照，或通過同步送粉的方式完成雷射熔覆再進行重熔。香港理工大學的T.M.Yue等人[5]在純鎂板上用同步送粉法雷射熔覆了Zr65Al7.5Ni10Cu17.5粉末，實現了1.5mm的熔覆層，其中有1.1mm的非晶層，冶金結合良好，耐磨損耐腐蝕性能大大提高。中科院武曉雷、洪友士[6]在退火態45鋼表面雷射熔覆了Fe70 Zr10Ni6Al4Si6B4粉末，非晶層最大厚度為0.74mm ,過冷液相區ΔT 為67K。經晶化熱處理,納米尺度金屬間化合物Fe2Zr 均勻彌散析出。大厚度非晶層顯微硬度940-980HV0. 2 ,非晶層與基體結合良好。
目前，雷射非晶化技術遠不如雷射淬火及熔覆或合金化工藝那樣成熟，成熟的工業套用並不多。如紡紗機鋼令跑道表面硬度低，易生鏽，造成鋼令使用壽命低，紡紗斷頭率高，用雷射非晶化處理後，鋼令跑道表面的硬度提高至1000HV以上，耐磨性提高l-3倍，紡紗斷頭率下降75%，經濟效益顯著。汽車凸輪軸和鑄鋼套外壁經雷射表面非晶態處理後，強度和耐磨蝕性均明顯提高。
參考文獻
[1] 顧少軒. 脈衝雷射沉積Ge-Ga-S-CdS非晶薄膜[J]. 國外建材科技, 2007, 28(6): 5-7
[2] 袁加勇, 陳鈕清, 陳曾濟, 等. 雷射化學氣相沉積非晶矽[J] 中國雷射, 1990, S1: 164-166
[3] 張魁武. 雷射化學氣相沉積[J]. 金屬熱處理, 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] 武曉雷, 洪友士. 雷射熔覆鐵基大厚度非晶合金表層的研究[J]. 金屬熱處理學報, 2001, 22(1): 51-54