激光表面处理技术是指一定功率密度的激光束以一定的扫描速度照射到工件的工作面上，在很短时间内，使被处理表面由于吸收激光的能量而急剧升温，当激光束移开时，被处理表面由基材自身传导而迅速冷却，使之发生物理、化学变化，从而形成具有一定性能的表面层，提高材料表面的硬度、强度、耐磨性、耐蚀性和高温性能等，可显著地改善产品的质量，提高模具(或工件)的寿命，取得良好的经济效益。
激光用于表面处理有其独特的优点，金属对激光的吸收系数高达105~l06cm-1，吸收过程发生在其表面0.01~0.1μm厚的薄层内。激光表面处理的深度取决于由表面向内部热扩散的距离，其值很小，且易于控制。激光光斑的功率密度大，可准确地引导至模具表面的不同部位，或在一定区域扫描。对工件表面作局部处理，功率密度可准确控制，输入模具的能量小，模具的变形小，处理后表面可不再进行机加工或只需少量机加工。此外，激光没有化学污染，易于传输、切换和自动控制。
目前，国内激光热处理已经应用于生产实践。GCrl5钢制冲孔模经激光强化处理后，其使用寿命提高了2倍，硅钢片模具经处理后，使用寿命提高了10倍。
激光表面处理工艺包括相变硬化、熔凝、涂覆、合金化、非晶化和微晶化、冲击强化等。
1．激光相变硬化
激光相变硬化也称为激光淬火，它是以高能量的激光束，快速扫描工件，使工件表层迅速加热到奥氏体化温度，内部材料则保持冷态，随后通过热量往基体深部的传导，使加热的表层以很快的速度冷却，得到极细的马氏体组织，其硬度主要取决于基材奥氏体的含碳量和晶粒度，达到自身淬火的目的。
激光相变硬化的主要目的是在工件表面有选择性的局部产生硬化带以减低磨损，以及通过在表面产生压应力来提高疲劳强度。
激光相变硬化的主要优点如下。
1）可得到优质淬硬，其组织细化，硬度比常规淬火提高15%~20%。
2）加热速度极快，工艺周期短，生产效率高，无需淬火介质，工艺过程易于控制。
3）对于孔状及腔筒内壁等特殊部位，只要激光束能照射到的均可进行处理。如深孔壁、深沟底及侧面等部位。
4）可进行大型零件的局部表面及形状复杂零件的硬化处理。
5）淬硬层深度可以精确控制。
6）热处理变形小。
激光对金属的加热速度极快，奥氏体相变是在过热度大的高温区很短时间内完成的，相变形核的临界半径小，使得奥氏体形核数增多。同时，瞬时加热后的急冷使超细奥氏体晶粒来不及长大，使得残留奥氏体量增加，碳来不及扩散使残留奥氏体中碳量增加，随着奥氏体向马氏体的转变，得到高碳马氏体，从而提高硬度。
金属材料表面对激光辐照能量的吸收能力与激光的波长、材料的温度和性质以及材料表面状态密切相关。激光波长越短，材料的吸光能力越高。随着温度的升高，材料的吸光能力也增加。材料的表面粗糙度值越小，其对激光的反射率越高。因而当激光波长确定后，金属材料对激光的吸收能力主要取决于其表面状态。一般需激光热处理的金属材料表面都经过机械加工，表面粗糙度值很小，其反射率可达80%~90%，使大部分激光能量被反射掉。为了提高金属表面对激光的吸收率，在激光热处理前要对材料表面进行表面预处理（常称为黑化处理）、即在需要激光处理的金属表面涂上一层对激光有较高吸收能力的涂料，以提高光束能量的利用效率。表面预处理的方法包括表面磷化法、表面拉毛法、表面氧化法、喷(刷)涂料法、镀膜法等多种方法，其中较为常用的是磷化法和喷(刷)涂料法。常用的涂料有石墨、炭黑、磷酸锰、磷酸锌、水玻璃等，也有直接使用碳素墨汁和无光漆作为预处理涂料的。
在确定工艺参数时，首先要分析被加工对象的材料特性、使用条件、服役工况，以确定技术条件、产品质量要求等，从而决定淬硬层的深度、宽度、硬度，由此考虑选用宽带、窄带、多模、单模以及扫描形式等因素。
激光相变硬化工艺参数主要有三个，即激光器输出功率P、光斑直径d及扫描速度v。
国内用于激光淬火的模具材料有CrWMn、Crl2MoV、Crl2、9SiCr、3Cr2W8V、Tl0A、W6Mo5Cr4V2、Wl8Cr4V等，这些钢种经激光淬火后的组织性能较常规热处理普遍改善。
2．激光熔凝处理
激光熔凝处理是利用比激光淬火更高能量密度(104~106W/cm2)的激光束对金属表面进行扫描，使金属表层快速熔化，并造成熔化金属与基体之间很大的温度梯度，激光移开后，熔化金属快速冷却，但并不改变表层的化学成分。由于表层金属的加热和冷却都异常迅速，故所得的组织非常细密。若通过外部介质使表层熔液冷却速度达到106℃/s，则可抑制结晶过程的进行，而凝固成非晶态，称为激光熔化-非晶态处理，又称激光上釉。
熔凝处理可以用来改善材料表面的耐磨性、疲劳强度和耐蚀性，某些模具钢在高速冷却结晶后，可以提高碳化物弥散度，改变合金元素及碳化物分布，因而表面硬度和热稳定性都有所提高，可有效延长模具寿命。如Crl2莱氏体钢和40Cr5MoV钢经激光加热，表面熔化，然后超高速冷却，形成很细的铸态组织，使合金元素和碳化物分布均匀，提高了表面硬度。
3．激光涂覆
激光涂覆，是采用激光加热使材料表面层熔化，同时加入另外的材料成分一起熔化后迅速凝固形成新的合金层，在表面涂覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料。涂覆材料受到基体材料极小的稀释，基体保持其原有成分及性质不变，同时涂覆层晶粒细小、致密,从而提供良好的耐磨损、抗腐蚀能力。
激光涂覆通常有预置粉末法和喷射粉末法。预置粉末激光涂覆是在激光处理前，将一定厚度的合金粉末层置于基体之上，这是制造单道扫描涂层的最简单方法。预置粉末法对工件的形状、位置的适应性较差，而且不适宜通过多道扫描得到较大面积的涂层。因为第一次扫描已将邻近区域的粉末熔化或部分熔化，紧接着在邻近位置作第二道扫描时，已不存在完整的粉末层。由于基体被粉末层所覆盖，激光首先加热粉末。粉末的热导率很低，在粉末层全部熔化以前，由粉末层向基体的热传导可以忽略。粉末层完全熔化以后，激光才通过熔化了的合金层加热基体。一旦基体表面熔化，二者实现冶金结合，这样，激光涂覆过程可以看作是由互相衔接的粉末熔化和基体加热两个步骤组成。
喷射粉末激光涂敷法是用惰性气体将粉末喷向激光和材料的作用区。在激光的作用下，涂层材料在基材上形成一个熔池，喷射来的粉末附在此熔池的表面并受热熔化。激光通过此熔池加热基体，直至其表层熔化，和熔融的合金层实现冶金结合。与预置粉末法相比，喷射粉末激光涂覆工艺较为方便、实用，可适应各种形状、位置表面的涂覆，既可用于单道扫描涂覆，也可通过互相衔接的多道扫描实现较大面积的涂覆。喷射粉末激光涂覆法还有利于提高激光能量的利用率。
另外采用激光涂覆方法还可以将一些失效的模具重新涂覆继续使用。
4．激光合金化
激光合金化是在高能束激光(104~106W/cm2)作用下，将一种或多种合金元素与基材表面快速熔凝，从而使材料表层具有预定的高合金特性的技术，即利用激光改变金属及合金表面化学成分的技术。激光合金化与涂覆是同一种类型的工艺，它们的区别仅在于：合金化所形成的合金层的成分是介于施加合金与基体金属之间的某一中间成分，即施加合金受到较大或一定的稀释。而涂覆则是除较窄的结合层外，施加材料基本保持原有成分很少受到稀释。这些区别可以由被施加材料、施加材料成分、施加形式及量和激光工艺参数的改变来达到。
激光合金化与熔凝及涂覆之间有共同的特征。即在激光的作用下形成熔池。在表面张力梯度作用下，熔池内金属有剧烈的流动。激光表面合金化的一个重要问题是较易产生裂纹。熔化合金带冷却固化时，其收缩受到基体的约束，在合金层中产生拉应力，拉应力是裂纹和疲劳破坏的根源。激光合金化的裂纹通常是枝晶完全凝固前拉应力造成的裂纹，或者是后一次扫描的拉应力叠加到前一次扫描带的残余应力上使总的应力超过了材料的抗拉强度造成的。预热是减小裂纹倾向的有效方法，也可以采用合金化后的热处理来消除其残余应力。
