一、引言

切削加工是基本而又常用的精密加工手段，在機械、電機、電子等各種產業部分中都起著重要的作用，決定切削加工效率的因素很多如機床、刀具、工件等，其中刀具是最活躍的因素。而刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面質量的優劣等等，在很大程度上取決于刀具材料的機械性能和加工性能，因此人們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現代切削加工生產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材料的強化處理占有很重要的位置，特別是對材料表面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面在激光束照射下成為溶化狀態，同時迅速凝固，產生新的表面層。根據材料表面組織變化情況，可分為合金化、溶覆、重溶細化、上釉和表面復合化等。激光熔凝是用適當的參數的激光輻照材料表面，使其表面快速熔融、快速冷凝，獲得較為細化均質的組織和所需性質的表面改性技術。它具有以下優點：

1.表面熔化時一般不添加任何金屬元素，熔凝層與材料基體形成冶金結合。
2.在激光熔凝過程中，可以排除雜質和氣體，同時急冷重結晶獲得的雜志有較高的硬度、耐磨性和抗腐蝕性。
3.其熔層薄、熱作用區小，對表面粗糙度和工件尺寸影響不大。有時可不再進行后續磨光而直接使用。
4.提高溶質原子在基體中固溶度極限，晶粒及第二相質點超細化，形成亞穩相可獲得無擴散的單一晶體結構甚至非晶態，從而使生成的新型合金獲得傳統方法得不到的優良性能。
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復雜的表面。

二、刀具材料激光表面改性國內外研究概況

目前國內外與此相關的文獻較多，如利用XeCl準分子激光器（波長308nm）照射Al2O3-SiC納米復合陶瓷試樣，能量密度在0.8J/cm3～6.0J/cm3范圍內，照射后，表面缺陷消除，形成連續分布的光滑平整的熔化層，并出現亞穩相γ-Al2O3，由于表面形貌的改善和結構的變化,使表面韌性得到提高。W18Cr4V車刀表面經激光涂覆處理后，對于深切削、快速切削和切削特硬，耐磨性有明顯的提高，若以后刀面磨鈍為標準,提高近250％；若以前刀面磨鈍為標準,提高200％；若以破損為標準，提高近100％。此外車刀前刀面激光處理后，后刀面的耐磨性有明顯增長；后刀面激光處理后，前刀面抗月牙洼磨損能力也有一定的提高，但增長幅度不及前者。北京工業大學的宣崇武、張連寶利用激光表面合金化新技術，改變木材加工刀片的表面成分，以提高刀片韌性。激光表面合金化所得的合金化層與刀片基體之間是一種冶金結合，結合力優于各種噴涂層。最佳產品一次刃磨平均產量<20t，但刀片本身折損率>30％。激光合金化處理后的刀片，一次刃磨壽命比最佳產品平均提高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干倍，成型模的壽命較一般熱處理后的使用壽命可提高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 Co8兩種硬質合金粉末進行激光熔覆試驗，使用35-30J的固體脈沖激光和0.1，0.5，1-3Kw的連續CO2激光器，掃描速度2.2-17mm/s，在Y8A工具鋼基體上熔覆（WC92 Co8）粉末所得最高顯微硬度為HV1180。KJ.Schmaxtjko利用準分子激光對陶瓷材料(Al2O3、ZnO2、S