齒輪是機械傳動系統中的關鍵部件，其心部要具有高的強度和沖擊韌性，表面要有較高的硬度、高耐磨性和一定的耐腐蝕性。齒輪失效形式有很多，比較常見的有齒輪折斷、齒面疲勞點蝕、齒面膠合、磨損和齒面的塑性變形。其中，因齒輪表面失效而引起的齒輪傳動失效約占74%。

為了提高齒輪的使用性能和使用壽命，必須對齒輪進行表面強化。傳統的改善方法主要有表面滲碳、滲氮或碳氮共滲等化學熱處理，其工藝較復雜、處理周期長、耗能高，且表面硬化不均勻，需要對滲層進一步改性。通常對滲碳后的齒輪材料會進行淬火+低溫回火的處理，但淬火中會產生較大的應力和變形，對齒輪質量產生不利影響。與常規的材料表面改性技術相比，激光表面改性技術有著獨特的優勢，如加熱快、材料變形小、表面光潔、可以實現形狀復雜的零件的局部表面處理，且通用性強、無污染、安全可靠，可以進行激光束沖擊強化、激光重熔和合金化及激光表面淬火等，可以獲得齒廓截面上分度圓處最厚及齒頂、齒根處較薄的合理的硬化帶，硬度可達58HRC以上，比常規淬火要高15%左右，具有良好的綜合力學性能。

當前，齒輪激光表面改性研究主要針對中碳齒輪鋼，圍繞低碳鋼激光淬火的相對較少，還未見滲碳處理后的低碳鋼采用激光淬火代替傳統淬火+低溫回火的研究。重慶理工大學和重慶特種焊接材料與技術高校工程研究中心的研究者們對低碳合金結構鋼20CrMo齒輪材料作脈沖激光束表面改性進行了研究，探討該技術應用于齒輪表面改性的可行性。

基材前處理：基材為20CrMo低碳合金結構鋼，經預熱處理（正火處理，工藝參數為加熱溫度850℃，保溫0.5h，空冷）后，加工成Φ30mm×5mm。

表面強化：20CrMo的常規滲碳熱處理工藝為：滲碳、油冷后進行低溫回火。而脈沖激光表面改性在滲碳處理后直接進行表面強化，無需淬火和低溫回火處理，設備為HWLW-600型脈沖YAG激光焊機，工藝參數：離焦量8，脈沖寬度4ms，頻率2.5Hz，掃描速度10mm/s，峰值功率2.5、3.8、5.0kW，對應單脈沖能量10.0、15.0、20.0J。研究結果表明：

（1）滲碳后脈沖激光處理表面產生快速熔化、結晶，形成類似焊縫凝固的形貌特征；隨著照射能量增加，粗糙度增加。

（2）20CrMo合金鋼滲碳后經激光照射，表面形成了致密的硬化層，表面硬度顯著上升，最高可達到約1350HV_3N，比滲碳后淬火+低溫回火處理試樣的提高75%。激光照射能量越大，表層硬化層越厚，15.2J時厚0.20mm，20.0J時厚0.35mm。

（3）激光處理試樣的磨損量遠低于淬火+回火處理試樣，其中15.2J時的磨損量為淬火+回火處理試樣的42%。激光照射20.0J時的表面摩擦系數和磨損量最大，15.2J照射時的摩擦系數和磨損量最低。