纳米陶瓷颗粒是介于固体与分子之间的具有纳米数量级(1～100nm)尺寸的亚稳态中间物质,纳米陶瓷具有较高的强度、韧性和超塑性以及陶瓷固有的耐高温、耐磨损、耐腐蚀的特性。在金属材料表面形成牢固的纳米结构陶瓷涂层一直是国内外材料领域重点研究的方向之一。 纳米复合电沉积是采用电沉积技术将第二相分散粒子(即纳米陶瓷颗粒)共沉积在金属材料基体表面上的一种方法,其复合沉积层具有结晶细致、组织均匀,硬度高,耐磨性、耐蚀性强的特点,但因为电化学机理限制,沉积层与基体之间属于机械结合,易发生剥裂、脱落。本课题将激光表面强化处理的方法与纳米复合电沉积技术结合起来,采用数控选择性喷射电沉积的方法以提高材料所选定区域复合沉积的形成效率,再利用激光强化处理材料表面沉积后的纳米陶瓷复合层,使沉积层与基体之间原有的机械结合变为冶金结合,增强了结合力,并提高了复合层的表面特性。 本文采用喷射电沉积工艺,在硫酸铜(CuSO4)溶液中混入一定量的三氧化二铝(Al2O3)纳米颗粒,制备出Cu-纳米Al2O3复合沉积层。之后,利用CO2激光器对沉积层表面进行大功率激光的辐照处理。经性能检测,激光处理后的试件显微硬度、抗拉强度、屈服强度等机械性能较激光处理之前均有所提高。研究了工艺参数对沉积层微观组织形貌及结构、显微硬度、拉伸强度等性能的影响,并分析了形成原因。 在激光扫描过程中,如果改变工艺参数(如功率、扫描速度、光斑面积),会引起激光热影响层的分布。本文建立了一个简单的激光热处理温度场和相变硬化带计算的简易模型,分析了激光扫描时,激光功率密度分布状况不同对表面温升的影响,并给出了试验及实际应用的结果,同时根据实际校正了该模型的相关系数。