При армировании к основному материалу детали добавляется слой другого материала, обладающего нужными свойствами. В качестве примера рассмотрим армирование стали примесью кобальта. Для такого процесса лазерная тепловая обработка обеспечивает более высокую производительность и чистоту, а также управление с помощью полностью автоматизированной системы. В настоящее время армирование можно выполнять на заводских конвейерах, а не в отдельно расположенных металлургических цехах.
Легирование поверхности — процесс, который стал возможным в промышленном производстве лишь благодаря применению лазера. Добавляемый материал может быть в виде порошков, стержней, листов или колец из сплава или порошков самих сплавляемых компонентов, которые теперь могут быть сплавлены на месте. Значение этого процесса для конструирования и производства различных деталей очень велико. При работе с мощным лазерным лучом быстро создаются высокие температуры и градиенты температур, необходимые для легирования. Благодаря этому добавляемый материал расплавляется, сильнее перемешивается и диффундирует в расположенный ниже основной материал. Из-за действия мощных внешних сил достигаются очень большие скорости диффузии. В результате быстрого охлаждения легированный слой имеет тонкую микроструктуру. Более того, распределение легирующих элементов по глубине можно точно проконтролировать путем соответствующего подбора условий, при которых происходит выделение тепловой энергии лазерного луча.
Поверхностное легирование с помощью лазерных установок — важный процесс, поскольку в результате получаются детали значительно более высокого качества. Этот процесс, кроме того, даст большой экономический эффект, так как сильно сокращается расход дорогостоящих материалов (при использовании лазера последние добавляются лишь на небольших участках детали, где требуется получить высокое качество). Другие преимущества использования лазера при легировании состоят в том, что легче обрабатывать весь материал и что при окончательной обработке детали удаляется лишь небольшое количество твердого легирующего материала (часто в качестве инструмента для такой операции служит дорогостоящий алмазный шлифовальный круг, поскольку твердый материал невозможно обработать другим способом).
Третий важный вид закалки — фазовое превращение, при котором поверхность может приобрести закалку (без добавления материала) путем перевода из одной твердой фазы материала в другую, более твердую. Чтобы не получить хрупкой детали, важно не допустить проникания процесса закалки в деталь на слишком большую глубину. Обычно слой толщиной в несколько миллиметров достаточен для обеспечения необходимой твердости. Такая же толщина оказывается достаточной для достижения состояния нормального напряжения сжатия, которое улучшает сопротивляемость детали усталости материала.
При закалке поверхности с помощью лазера создается профиль распределения температур, который выбирается таким, чтобы температура поверхности была ниже точки плавления, и инициируется фазовый переход в образце на нужную глубину. Поскольку тепловая энергия выделяется только в поверхностном слое, деталь быстро остывает за счет более низкой температуры остальной ее части. Эта быстрая самозакалка обеспечивает мелкозернистую структуру обработанного слоя. В экстремальных случаях, например в случае обработки, известной как лазерная полировка, поверхностный слой становится полностью аморфным или стекловидным.
