利用高功率、高密度激光束（一般用104~105W/c㎡)對金屬進(jìn)行表面處理的方法稱為激光熱處理。激光熱處理分為激光相變硬化（表面淬火、表面非晶化及表面重熔淬火）、激光表面合金化（表面敷層合金化、硬質(zhì)粒子噴射合金化、氣體合金化）等表面改性工程，產(chǎn)生其他表面加熱淬火強(qiáng)化達(dá)不到的表面成分、組織及性能的改變。

  激光熱處理為高速加熱、高速冷卻，獲得的組織細(xì)密、硬度高、耐磨性能好，淬火部位可獲得大于3920MPa的殘留應(yīng)力，有助于提高疲勞性能。激光熱處理可以進(jìn)行局部選擇性淬火，通過對光斑尺寸的控制，尤其適合其他熱處理方法無法處理的不通孔、沉溝、微區(qū)、夾角、圓角和刀具刃部等局部區(qū)域的硬化。激光可以遠(yuǎn)距離傳送，容易實(shí)現(xiàn)一臺激光器供若干工作臺同時或單獨(dú)使用，易于采用計(jì)算機(jī)對

  激光熱處理工藝過程進(jìn)行控制和管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。此外，激光熱處理具有耗電低、變形極小，不需冷卻介質(zhì)，速度快、效率高及無工業(yè)污染等優(yōu)點(diǎn)。

  激光熱處理一般采用功率為千瓦級的連續(xù)工作的CO₂激光，通常的激光熱處理實(shí)驗(yàn)裝置見圖3-17。激光熱處理的關(guān)鍵設(shè)備是激光器，目前工業(yè)中應(yīng)用最多的是500W級縱向直流放電CO₂激光器。其性能如下：額定輸出功率為200～800W，光束直徑為4mm，發(fā)散角小于2mrad。

  利用激光照射事先經(jīng)過黑化處理的工件表面，使表面薄層快速加熱到相變溫度以上（低于熔點(diǎn)），光束移開后通過自激冷卻即可實(shí)現(xiàn)表面淬火硬化。用于激光表面淬火的功率密度為103~105W/c㎡。由于加熱工件的表面溫度及穿透深度均與激光照射持續(xù)時間的平方根成正比，因此當(dāng)激光束功率及光斑尺寸確定后，通過改變激光束的掃描速率，就可以控制工件表面溫度與加熱層深度。

  激光淬火的基本工藝參數(shù)包括激光器的輸出功率、光斑尺寸、掃描速度（或工件移動速度）以及材料對光的吸收率等。

  激光淬火鋼件表層可獲得極細(xì)的馬氏體，合金鋼硬化區(qū)組織為極細(xì)板條或針狀馬氏體、未溶碳化物及少量殘留奧氏體，激光硬化區(qū)與基體交界區(qū)呈現(xiàn)復(fù)雜的多相組織。

  激光表面淬火與高頻及火焰表面加熱淬火相比較，前者受熱及冷卻區(qū)域極小，因而畸變極小、殘留應(yīng)力小，且由于無氧化脫碳作用，淬火表面更加光亮潔凈，從而可以在最終精加工工序以后進(jìn)行。利用激光表面加熱淬火可改善模具表面硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性、抗疲勞性和臨界斷裂韌度等力學(xué)性能，是提高模具壽命的有效途徑之一。例如GCr15鋼制軸承保持架沖孔用的沖孔凹模，經(jīng)常規(guī)處理后的使用壽命為1.12萬次，經(jīng)激光處理后的壽命達(dá)2.8萬次。GCr15鋼制擠壓孔邊用的壓坡模，經(jīng)激光處理后，可連續(xù)沖壓6000件，而按常規(guī)熱處理工藝處理后，最高使用壽命為3000件。

  如果在工件表面涂敷硬質(zhì)合金粉末，即可實(shí)現(xiàn)表面合金化。激光加熱的優(yōu)點(diǎn)是工件無需置于真空。表3-41所列為45鋼和42CrMo鋼激光加熱表面淬火的效果。

 從表3-41可以看出，為了提高光能的吸收率，被加工金屬表面必須施行黑化處理，最好的黑化方法是磷酸鹽法。