本发明涉及激光表面加工，更具体的说是涉及一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法及其应用。
背景技术：
1、齿轮、轴承等金属零件表面磨损后易萌生疲劳裂纹，需要制备超硬表面以提高其耐磨性能。目前，常采用淬火的方法诱导马氏体相变，从而在金属表面构建一层硬化层。在淬火工艺中，快冷过程是马氏体相变发生的主要阶段，比如专利号为cn110724890a的发明专利通过喷水的方式进行表面冷却，专利号为cn113373286a的发明专利采用液氮加速冷却速率。
2、然而，这些发明并未对材料高温区进行处理和控制，尤其是没有很好地利用材料的高温软化现象。若在高温阶段，通过力的作用在材料表层引入位错、层错等晶格缺陷，为马氏体相变提供更多的驱动力，将会大幅提高快冷过程中马氏体相变的效率。
3、基于此，研发一种高效诱导材料马氏体相变的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法及其应用，旨在提升金属零件的耐磨损性能。采用激光加热-激光冲击-气冷复合淬火工艺完成金属表面淬硬过程，可应用于不锈钢、钛合金材料的超硬表面制备。
2、为了实现上述目的，本发明提出一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法，包括以下步骤：
3、(a)利用连续激光扫描待硬化的金属材料表面，将其加热至金属材料的相变点以上；
4、(b)在温度高于相变点的基础上，材料表面软化，利用脉冲激光冲击金属材料表面，可在高温相内引入大量位错、层错等晶格缺陷；
5、(c)利用气冷的方式快速冷却金属材料表面至室温，诱导马氏体发生相变。
6、优选的，步骤(a)中，所述金属材料为不锈钢或钛合金。
7、优选的，步骤(a)中，所述金属材料表面被加热至相变点以上20℃～50℃，目的在于将微观组织中的低温相回复至高温相，并且使材料表面发生软化。
8、优选的，步骤(a)还包括，利用红外热像仪测量连续激光扫描的前沿区域温度。
9、进一步优选的，所述连续激光可由其他非接触热源替代，如电弧、电子束、电磁感应加热等。
10、优选的，步骤(b)中，所述脉冲激光的光斑始终处于所述连续激光扫描的前沿区域，确保在冲击处理过程中金属材料表面温度仍处于相变点以上20℃～50℃。
11、优选的，步骤(b)中，所述脉冲激光的波长为1064nm，能量为2-10j，频率为2-10hz，脉宽为15ns，光斑直径为1-3mm。
12、优选的，步骤(c)中，所述气冷采用氩气，在气冷的作用下，含有高密度位错、层错等晶格缺陷的高温相因具有高的相变驱动力而迅速进行马氏体相变，形成马氏体淬硬层，获得超硬表面。
13、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：
14、本发明有效地利用了金属材料在相变点以上存在的高温软化效应，通过激光冲击方式在金属材料表面引入更多的位错、层错等晶格缺陷，提高相变驱动力，从而加快气冷过程中马氏体相变速度，使材料表面生成更多的硬的马氏体相。与传统淬火工艺单一热作用相比，本发明在金属材料的相变点以上引入力的作用，利用热-力协同作用诱导马氏体相变，实现超硬表面的制备。
1.一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述金属材料为不锈钢或钛合金。
3.根据权利要求1所述的一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述金属材料表面被加热至相变点以上20℃～50℃。
4.根据权利要求3所述的一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法，其特征在于，步骤(a)还包括，利用红外热像仪测量连续激光扫描的前沿区域温度。
5.根据权利要求4所述的一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法，其特征在于，所述连续激光由非接触热源替代。
6.根据权利要求1所述的一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述脉冲激光的光斑始终处于所述连续激光扫描的前沿区域，确保在冲击处理过程中金属材料表面温度仍处于相变点以上20℃～50℃。
7.根据权利要求1所述的一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述脉冲激光的波长为1064nm，能量为2-10j，频率为2-10hz，脉宽为15ns，光斑直径为1-3mm。
8.根据权利要求1所述的一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述气冷采用氩气。
9.一种热-力协同诱导马氏体相变的超硬表面制备方法的应用，按照权利要求1-8任一所述设计一种齿轮超硬表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：