与大功率连续激光对金属材料表面进行相变热处理、表面涂覆、合金化的改质处理方法不同，材料激光毛化后的表面粗糙度值Ra=0.5～10.0微米可控。可实现减小材料表面的疲劳磨损，控制摩擦副表面的摩擦系数（加大或减小），增强表面涂镀层结合力。

激光毛化的最早研发是从钢铁冷轧辊毛化以生产优质冷轧薄板开始的。20世纪80年代，欧美汽车工业的发展需要优质冷轧薄板。1984年，比利时冶金研究中心（CRM）研发出CO₂激光毛化冷轧辊示范装备，所轧制出来的激光毛化汽车板因为成形性能好，涂漆光亮度高（DOI值），被称为“镜面钢板”，所以很受欢迎。但由于CO₂激光毛化需要2～3千瓦的基模CO₂激光器和高精度磨床，价格昂贵，仅有德、日几个大钢厂可以购置。1990年，中国科学院力学研究所根据中国激光器发展水平和企业的经济能力，开展了YAG激光毛化技术攻关。YAG激光的主要优势是波长短，聚焦光斑小，辊面对光的吸收率高，可用低阶模激光器经声光调Q就可以实现轧辊毛化。中国科学院力学研究所研究出特殊的光波形调制技术和可控分布毛化技术，提高了光-辊面能量耦合效率和形貌分布精度，实现了百瓦级YAG激光器毛化规模生产应用。该技术在1992年用于精密带钢生产，1994年用于冷轧薄板生产，并扩展到铝板箔、不锈钢、镀锌与镀锡板生产中。华中科技大学还使用光纤激光器用于轧辊毛化。激光毛化技术已在中国几十家钢厂获得生产应用。

激光毛化所需的高重频脉冲激光产生的基本方法主要有：千瓦级基模CO₂连续激光经高速机械斩波器斩波（Chopper），YAG固体激光器腔内声光Q开关调制，控制电源产生脉冲的光纤激光器，其毛化频率都可达到上万赫兹，加工速度快，适用于规模生产应用（见图）。

高重频脉冲激光产生方法

中国科学院力学研究所还对材料表面激光毛化造形（貌）改性的机理进行了深入研究，推动了激光毛化从钢铁冶金生产到国民经济、国防的多领域应用。

激光毛化造形（貌）改性的主要机理如下：

减小金属表面疲劳磨损。激光毛化点阵对金属材料表面实现一种“钉扎强化”，激光强化点和周围基体韧性相结合，在金属表面形成一种刚柔相济的有利结构。在轧辊表面的强化点是激光熔凝相变点（属细晶状马氏体），由于强化点内晶界密度高，微裂纹穿过晶界要消耗能量，因此抑制了微裂纹的扩展，减小了辊面疲劳磨损。对激光板而言，它上面的强化点是塑性变形微坑（由毛化轧辊强化点凸台通过轧制转换而来），这些微坑属高位错密度缠结的变形强化点，在板材成形时，这些高位错密度的微坑对板面滑移有阻塞、弥散作用，从而延缓了表面微裂纹的萌生和发展，可提高板材的伸长率和深冲成形性能。

理论计算和试验还表明，金属表面微裂纹萌生后，在3～5晶粒长度内，微裂纹生长处于冻结积蓄能量状态，在突破这个尺度后微裂纹才快速发展为主裂纹，最后引起材料断裂。因此，可在激光毛化时合理设计毛化点密度和分布角度，不仅能减小铝板箔各方向伸长率极差，还能减少冲压成形时的揩耳现象。

改善表面摩擦系数（减小或增大）。机械摩擦副表面摩擦磨损是摩擦组件失效的主要原因。即使在加润滑油的情况下，由于摩擦副之间滑动、挤压，导致润滑油膜的破坏，所以会加剧摩擦磨损。当毛化点为微坑结构+润滑油时，微坑起贮存润滑油作用，摩擦副到来时，坑内润滑油被挤压在坑周围形成子油膜，各点的小油膜连接形成完整的润滑油膜，可减小摩擦系数，改善密封。当摩擦副运动过去后，油膜由于油的张力会收缩回坑内，又保证了润滑油不丢失，这种结构被称作“液体轴承”，这种结构在内燃机缸体内壁、轴颈部位使用后可明显减小摩擦系数。

当激光作用点为带微凸台的微坑形状时，在正压力作用下又可适当增大接触表面的摩擦系数。这在轨道交通中可保持轮轨间稳定粘着系数，从而保证有效索引；在钢板轧制中可改善板形，防止打滑划伤；在机械制动中可有效制动。

提高金属表面涂镀层结合力。在先进制造领域，涂镀层被广泛使用，因此，如何提高涂镀层结合力，防止涂镀层过早剥落是关键问题。激光毛化应用已证明，材料表面激光毛化可显著提高涂镀层与基体表面结合力。这是因为毛化材料表面呈波浪形结构，增加了部件表面与涂层接触面积（30%～70%）；在受力情况下，减小了涂镀层与基体界面的剪切力；在镀层情况下，由于毛化点内的高位错密度，有利于镀层原子向基体渗透，提供镀层晶粒多方向外延沉积生长条件，提高了镀层的强度和结合力。如激光毛化后使某高压高温抗烧蚀部件的镀铬层强度提高0.8倍，镀铬层结合力提高2.8倍。激光毛化在镀锌板、镀锡板也获广泛应用。