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激光熱處理分為激光硬化、激光熔覆和激光合金化。

激光硬化（激光淬火）主要分為兩種工藝：激光相變硬化、激光熔覆硬化。激光相變硬化是以高能量的激光束快速掃描工作，使被照射的金屬或合金表面溫度一極快速度升到高于相變點而低于熔化溫度。當激光束離開被照射部位是，由于熱傳導的作用，處于冷態的基體使其迅速冷卻而進行自冷淬火，進而實現工件的表面相變硬化。這一過程是在快速加熱和快速冷卻下完成的，所以得到的硬化層組織較細，硬度亦高于常規淬火的硬度。激光熔凝硬化是以很高的激光功率密度，在極短的時間內與金屬交互作用，使金屬表面局部區域在瞬間被加熱到相當高的溫度使之熔化，隨后借助于冷態的金屬基體吸熱和傳導作用，使已熔化的極薄表層金屬快速凝固。激光熔化凝固硬化得到的是鑄態組織，其硬度較高，耐磨性亦較好。激光淬火能使材料表面呈超細化組織結構，無表面熱變形，硬度提高30%-50%。

激光熔覆是通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝，使基材表面形成于基體冶金結合的熔覆層。粉末容量由送粉系統進行控制，熔覆層的厚度可調，并可多層重熔。工作熔覆后在經過機械加工，從而達到修復局部損傷工件的目的。

激光合金化也是利用高能密度的激光束所產生的快速熔凝過程，在基材表面形成與基材相互熔合的、且具有完全不同成分與性能的合金覆層。它與激光熔覆的差異僅在于：激光熔覆中熔層材料完全為熔化，而基材熔化層極薄，因而對覆層的成分影響極小：而激光合金化則是在基材的表面熔融層內加入合金元素，從而形成以基材為基的新的合金層，因此對材料性能改善的程度更好，應用范圍也明顯擴展。