引言
激光是人类在20世纪继原子能、计算机和半导体之后的又一重大发明。激光是一种受激辐射相干光源，其形成是在一定条件下，光电磁场和激光工作物质相互作用，以及光学谐振的选模作用的结果，是清洁、环保的新型能源。激光加工技术由于具有传统加工方法无可比拟的优点，受到世界工业发达国家的重视，我国的激光应用研究开始于20世纪60年代。半个多世纪以来，这门具有多种优点和发展潜力的新兴技术，已成功地应用在医学、军事、通讯、印刷、微电子、农业育种及基础科学研究等方面，提高了制造业的加工水平和产品性能，影响并改善着人们的生活。在表面处理技术领域，将激光技术与传统加工技术相结合的应用成果也呈现逐步上升的趋势，突出地表现在激光增强电镀、激光增强诱导化学镀、激光气相沉积、激光材料改性及激光表面精饰等方面，本文拟对这些应用技术做简要介绍。
1 激光强化沉积技术
1.1 激光增强电镀
1978年，美国IBM公司首先把激光引入电镀技术中。研究发现，将微米级激光束照射电沉积过程的阴极表面，可以提高金属的沉积速度。之后，美国、德国及日本等国家的研究者又陆续将喷射强化电镀技术和激光脉冲技术结合起来，在电镀生产中应用并发表专利，逐渐形成了一种新的激光增强电镀技术。
激光增强电镀技术具有以下特点：1)沉积速度快。激光增强电镀将电解液与激光束同步射向阴极表面，使电沉积过程的传质速度大幅提高，缩小了阴极表面扩散层厚度，镀层沉积速度超过常规电镀。如激光电镀时，镀铜10μm/s、镀金1μm/s，激光喷射电镀时，镀铜50μm/s、镀金10μm/s。2)激光束能提高电沉积过程中晶核生成速度，使镀层结晶更细微致密，提高了镀层的力学性能。3)激光束的局部热效应可以进一步净化阴极表面，增强镀层与基体的结合力。4)由于激光束的强聚焦能力，可以实现用计算机控制激光束的运动轨迹，得到复杂图形的无屏蔽镀层。上述特点使传统电镀的加工水平和镀层性能得到了提高。
在45钢表面进行激光强化镀镍，与普通镀镍相比，镀层硬度提高200HV，耐磨性能提高1.5倍，镀层残余应力降低200MPa，镀层与基体结合强度很高。有研究显示，在常温及无搅拌情况下，采用C02激光，功率密度为200kW/m2，Jk为1A/dm2，t为1min，镍镀层沉积速度为4.25nm/s，表面Ra由0.37μm变为0.14μm，镀层平整，结晶细致，抗蚀能力得到了提高。此外，把激光强化应用在纳米微粒复合电刷镀技术中，能提高纳米微粒在镀层中的质量分数，降低镀层的应力，使镀层具有更好的理化特性和机械性能。
应用激光技术实现无屏蔽、无接触式的局部电镀，实现了对传统电镀工艺的突破。在微电子元件、电脑元件及大规模集成电路制造和维修中意义重大。目前，应用激光电镀技术已经能在各种基体材料上无掩膜屏蔽镀覆良好的铜、金、镍及铂等局部镀层，代替了传统加工时需要局部屏蔽或全部镀覆后再刻蚀掉非工作面的加工方法，为微电子制造开辟了一条经济、有效和便捷的加工途径。
1.2 激光增强诱导化学镀
化学镀是在无电流通过的情况下，金属离子在还原剂作用下通过氧化还原反应在具有催化剂的金属或非金属表面获得沉积层的方法。利用激光的热效应和光效应可以增强和激发化学镀的过程。激光增强诱导化学镀除了具备激光电镀的特点外，还有以下优点：1）使化学镀在较低的温度下进行，节省能源。2）延长化学镀液的使用寿命，增加镀液工作周期。3）工艺简便易行，镀层均匀，装饰性好，孔隙率低。
利用激光增强诱导化学镀在普通陶瓷基体上沉积镍，与普通化学镀相比，激光诱导化学镀的沉积速度提高了两个数量级，镀层表面平滑、结晶颗粒规则致密。某专利公开了一项利用激光诱导进行选择性化学镀的方法。该方法是在非金属基体上光涂布聚乙烯吡咯酮一银胶，然后采用激光辐射，辐射区的胶体银离子被还原嵌入基体中，再将未辐射区的胶体银离子洗掉，得到嵌有图形的银离子基体，然后进行化学镀铜、镍或银，得到微米级图形化的镀层，线条分辨率达25μm，镀层δ为2μm，附着力符合GB4677.7-84国家标准。
1.3 激光气相沉积
气相沉积是制造各种功能薄膜的技术。按成膜原理可分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。传统的PVD技术是使用真空蒸发或溅射，使镀膜材料汽化在基体表面成膜，加工的基本环节是将靶材汽化、输送和成膜。采用激光束照射蒸镀材料，激光高能量使蒸镀材料汽化，然后在基体上成膜就是激光物理气相沉积技术(LPVD)。由于激光具有的高能量，能汽化材料的范围很广，包括非导电陶瓷和高熔点材料，形成对PVD技术的强化。目前利用IPVD技术，已从金属膜沉积发展到半导体膜、介质膜、非晶态膜、掺杂膜及超硬质膜的制造。
利用激光对传统化学气相沉积进行强化称为激光化学气相沉积(LCVD)，其原理是利用激光能量诱导化学反应，产生游离状原子或分子沉积在基体表面形成薄膜。LCVD技术的优点是低温、选择性好、分辨率高、沉积速度快及不损伤基体等。举例说，用传统方法在工具钢表面沉积高硬度的TiN薄膜可以大幅提高零件的使用寿命；但由于传统工艺温度高，一般需1000℃左右，这将导致基体退火软化，因此成膜后必须对零件重新在保护气氛下（防止TiN膜被氧化）淬火及回火，使工艺过程复杂；而应用LCVD技术不会引起基体硬度降低，使工艺过程大为简化。LCVD技术应用在切削工具和磨具制造中，常用的涂层有TiN及TiC，可以大幅提高耐磨性能和抗高温氧化性能。
近年来，应用激光强化气相沉积技术，已成功制造出超硬、耐磨、抗氧化、超导、光敏、磁记录、信息存储、光电转换及吸收太阳能等各种功能涂层，应用在宇航、自动化、微电子制造及核能利用等领域，对现代高端科学技术的发展起着十分重要的作用。
激光是人类在20世纪继原子能、计算机和半导体之后的又一重大发明。激光是一种受激辐射相干光源，其形成是在一定条件下，光电磁场和激光工作物质相互作用，以及光学谐振的选模作用的结果，是清洁、环保的新型能源。激光加工技术由于具有传统加工方法无可比拟的优点，受到世界工业发达国家的重视，我国的激光应用研究开始于20世纪60年代。半个多世纪以来，这门具有多种优点和发展潜力的新兴技术，已成功地应用在医学、军事、通讯、印刷、微电子、农业育种及基础科学研究等方面，提高了制造业的加工水平和产品性能，影响并改善着人们的生活。在表面处理技术领域，将激光技术与传统加工技术相结合的应用成果也呈现逐步上升的趋势，突出地表现在激光增强电镀、激光增强诱导化学镀、激光气相沉积、激光材料改性及激光表面精饰等方面，本文拟对这些应用技术做简要介绍。
1 激光强化沉积技术
1.1 激光增强电镀
1978年，美国IBM公司首先把激光引入电镀技术中。研究发现，将微米级激光束照射电沉积过程的阴极表面，可以提高金属的沉积速度。之后，美国、德国及日本等国家的研究者又陆续将喷射强化电镀技术和激光脉冲技术结合起来，在电镀生产中应用并发表专利，逐渐形成了一种新的激光增强电镀技术。
激光增强电镀技术具有以下特点：1)沉积速度快。激光增强电镀将电解液与激光束同步射向阴极表面，使电沉积过程的传质速度大幅提高，缩小了阴极表面扩散层厚度，镀层沉积速度超过常规电镀。如激光电镀时，镀铜10μm/s、镀金1μm/s，激光喷射电镀时，镀铜50μm/s、镀金10μm/s。2)激光束能提高电沉积过程中晶核生成速度，使镀层结晶更细微致密，提高了镀层的力学性能。3)激光束的局部热效应可以进一步净化阴极表面，增强镀层与基体的结合力。4)由于激光束的强聚焦能力，可以实现用计算机控制激光束的运动轨迹，得到复杂图形的无屏蔽镀层。上述特点使传统电镀的加工水平和镀层性能得到了提高。
在45钢表面进行激光强化镀镍，与普通镀镍相比，镀层硬度提高200HV，耐磨性能提高1.5倍，镀层残余应力降低200MPa，镀层与基体结合强度很高。有研究显示，在常温及无搅拌情况下，采用C02激光，功率密度为200kW/m2，Jk为1A/dm2，t为1min，镍镀层沉积速度为4.25nm/s，表面Ra由0.37μm变为0.14μm，镀层平整，结晶细致，抗蚀能力得到了提高。此外，把激光强化应用在纳米微粒复合电刷镀技术中，能提高纳米微粒在镀层中的质量分数，降低镀层的应力，使镀层具有更好的理化特性和机械性能。
应用激光技术实现无屏蔽、无接触式的局部电镀，实现了对传统电镀工艺的突破。在微电子元件、电脑元件及大规模集成电路制造和维修中意义重大。目前，应用激光电镀技术已经能在各种基体材料上无掩膜屏蔽镀覆良好的铜、金、镍及铂等局部镀层，代替了传统加工时需要局部屏蔽或全部镀覆后再刻蚀掉非工作面的加工方法，为微电子制造开辟了一条经济、有效和便捷的加工途径。
1.2 激光增强诱导化学镀
化学镀是在无电流通过的情况下，金属离子在还原剂作用下通过氧化还原反应在具有催化剂的金属或非金属表面获得沉积层的方法。利用激光的热效应和光效应可以增强和激发化学镀的过程。激光增强诱导化学镀除了具备激光电镀的特点外，还有以下优点：1）使化学镀在较低的温度下进行，节省能源。2）延长化学镀液的使用寿命，增加镀液工作周期。3）工艺简便易行，镀层均匀，装饰性好，孔隙率低。
利用激光增强诱导化学镀在普通陶瓷基体上沉积镍，与普通化学镀相比，激光诱导化学镀的沉积速度提高了两个数量级，镀层表面平滑、结晶颗粒规则致密。某专利公开了一项利用激光诱导进行选择性化学镀的方法。该方法是在非金属基体上光涂布聚乙烯吡咯酮一银胶，然后采用激光辐射，辐射区的胶体银离子被还原嵌入基体中，再将未辐射区的胶体银离子洗掉，得到嵌有图形的银离子基体，然后进行化学镀铜、镍或银，得到微米级图形化的镀层，线条分辨率达25μm，镀层δ为2μm，附着力符合GB4677.7-84国家标准。
1.3 激光气相沉积
气相沉积是制造各种功能薄膜的技术。按成膜原理可分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。传统的PVD技术是使用真空蒸发或溅射，使镀膜材料汽化在基体表面成膜，加工的基本环节是将靶材汽化、输送和成膜。采用激光束照射蒸镀材料，激光高能量使蒸镀材料汽化，然后在基体上成膜就是激光物理气相沉积技术(LPVD)。由于激光具有的高能量，能汽化材料的范围很广，包括非导电陶瓷和高熔点材料，形成对PVD技术的强化。目前利用IPVD技术，已从金属膜沉积发展到半导体膜、介质膜、非晶态膜、掺杂膜及超硬质膜的制造。
利用激光对传统化学气相沉积进行强化称为激光化学气相沉积(LCVD)，其原理是利用激光能量诱导化学反应，产生游离状原子或分子沉积在基体表面形成薄膜。LCVD技术的优点是低温、选择性好、分辨率高、沉积速度快及不损伤基体等。举例说，用传统方法在工具钢表面沉积高硬度的TiN薄膜可以大幅提高零件的使用寿命；但由于传统工艺温度高，一般需1000℃左右，这将导致基体退火软化，因此成膜后必须对零件重新在保护气氛下（防止TiN膜被氧化）淬火及回火，使工艺过程复杂；而应用LCVD技术不会引起基体硬度降低，使工艺过程大为简化。LCVD技术应用在切削工具和磨具制造中，常用的涂层有TiN及TiC，可以大幅提高耐磨性能和抗高温氧化性能。
近年来，应用激光强化气相沉积技术，已成功制造出超硬、耐磨、抗氧化、超导、光敏、磁记录、信息存储、光电转换及吸收太阳能等各种功能涂层，应用在宇航、自动化、微电子制造及核能利用等领域，对现代高端科学技术的发展起着十分重要的作用。
