Alierea suprafeței cu laser implică topirea unui strat de acoperire pre-depus sau a ingredientelor de aliere adăugate simultan împreună cu o parte a substratului de bază pentru a forma o zonă aliată pentru îmbunătățirea rezistenței la uzură, coroziune și oxidare. Alierea de suprafață poate fi realizată prin depunerea materialelor de acoperire pe suprafață înainte de topirea cu laser, care poate fi denumită pre-depunere, sau prin alimentarea simultană a ingredientelor de aliaj în timpul topirii suprafeței, care poate fi numită co-depunere. Figura 15a ilustrează schema de aliere a suprafeței cu un laser cu undă continuă, constând din trei componente majore, și anume o sursă laser cu un sistem de focalizare și livrare a fasciculului și un etaj de baleiere controlată CNC, unde specimenul este montat pentru laser, măsura de introducere a atmosferei controlate și a unui sistem de livrare a pulberilor prin care sunt livrate pulberile de aliaj (Dutta și Manna 2011). Procesul constă în trei etape: topirea elementelor de aliere (pre-depuse sau depuse simultan în timpul prelucrării), topirea substratului, amestecarea substratului și a elementelor de aliere în stadiu de topire și o călire rapidă care formează zona aliată pe partea superioară a substratului (Fig. 15b). De obicei, o suprapunere de 20-30% a pistelor succesive topite/aliate este destinată să asigure omogenitatea microstructurală/compozițională a suprafeței tratate cu laser. Parametrii care influențează calitatea zonei aliate în relație cu adâncimea, chimia, microstructura și proprietățile suprafeței includ puterea/energia incidentă, diametrul/profilul fasciculului, timpul de interacțiune/lățimea impulsului, pre sau co-depunere grosime/compoziție și proprietățile fizice în cauză, cum ar fi reflectivitate, coeficient de absorbție, conductivitate termică, punctul și densitatea de topire.

Principala caracteristică a acestui proces este posibilitatea de a produce un strat de suprafață cu solubilitate solidă extinsă, o microstructură rafinată și omogenă și fără restricții în selectarea elementelor de aliere. Însă, trebuie acordată atenție temperaturii relative de topire, temperaturii de vaporizare și presiunii de vapori a elementelor de aliere și a substratului. Procesarea cu laser va fi dificilă dacă elementul adăugat se vaporizează la o temperatură mai mică decât materialul substratului. De exemplu, ar fi dificil de depus la suprafață aliaj cupru cu zinc din cauza unei temperaturi mai scăzute de vaporizare a Zn (900^o C) decât punctul de topire a cuprului (1.100^o C) la 1 atm.

Alierea suprafeței cu laser a fost raportată că îmbunătățește proprietățile structurale ale materialelor, cum ar fi rezistența la uzură, coroziune și oxidare pe un număr mare de sisteme (Dutta Majumdar și Manna 2003). Alierea cu laser a suprafeței de Mo pe oțel inoxidabil AISI 304 prin depunerea prin pulverizare cu plasmă de Mo și, ulterior, topirea suprafeței cu laser a îmbunătățit semnificativ rezistența la coroziune prin pitting a substratului din oțel inoxidabil AISI 304 (Dutta și Manna 1999). Dar, optimizarea parametrilor procesului a fost esențială pentru formarea unei microstructuri și compoziții omogene pentru îmbunătățirea rezistenței la coroziune și a proprietăților mecanice (Dutta și Manna 1999). Teste potențiodinamice de polarizare anodică în soluția de NaCl de 3,56 wt% (atât în ​​potențial direct, cât și invers) a arătat că potențialul critic de formare a gropii (EPP1) și creștere (EPP2) a fost îmbunătățit semnificativ (de două până la trei ori) la 550 mV (SCE) după alierea suprafeței cu laser, în comparație cu 75 mV(SCE) în substrat (Fig. 16) (Dutta și Manna 1999). De asemenea, s-a descoperit că EPP2 este mai nobil în specimenele as-lased decât cel din substratul de oțel inoxidabil. Îmbunătățirea rezistenței la coroziune prin pitting a topirii suprafeței cu laser în comparație cu suprafața depusă prin pulverizare cu plasmă și cu substratul este atribuită etanșării porozităților (așa cum s-a observat după depunerea prin pulverizare cu plasmă) și, respectiv, îmbogățirii suprafeței cu Mo. Comportamentul la coroziune prin eroziune a oțelului inoxidabil AISI 304 aliat pe suprafață cu laser a fost comparat cu cel as-received prin evaluarea cineticii pierderii de material prin circularea (la 750 rpm) probei într-un mediu care conține 20% în greutate nisip în soluție de NaCl 3,56% în greutate ca funcţie de timp.

Figura 17 compară cinetica pierderii de material în termeni de variație a pierderii de masă (Δm) cu timpul (t) pentru oțel inoxidabil AISI 304 și oțel inoxidabil aliat pe suprafață cu laser cu Mo, SS(Mo) în condiții de coroziune erozivă (Dutta și Manna 1999). Alierea suprafeței cu laser reduce mărimea lui Δm cu peste un ordin de mărime și scade cinetica pierderilor de coroziune erozivă în SS(Mo) mai mult decât în ​​304-SS, în special după 20 de ore. Prin urmare, se pare că actuala rutină LSA este capabilă să confere lui 304-SS o microduritate superficială excelentă și rezistență la coroziune și eroziune-coroziune.

Oxidarea este un alt mod grav de degradare a suprafeței care se agravează la o temperatură ridicată. Spre deosebire de coroziunea electrochimică, oxidarea are loc prin reacție uscată și transport ionic în stare solidă prin scala oxidului. În trecut, s-au făcut mai multe încercări de a spori rezistența la oxidare prin alierea suprafeței cu laser, placare și tehnici similare LSE. Alierea cu laser a suprafeței Ti cu Si, Al și Si + Al (cu un raport de 3:1 și, respectiv, 1:3) a fost efectuată pentru a îmbunătăți rezistența la uzură și la oxidare la temperatură înaltă a Ti (Dutta et al. 2002; Dutta- Majumdar și colab. 1999). Figurile 18a–c arată (a) micrografie electronică cu scanare a suprafeței superioare a titanului aliat cu siliciu, (b) comportamentul de oxidare izotermă care arată variația creșterii în greutate datorată oxidării pe unitatea de suprafață ca funcție de timp pentru titanul aliat as-received (curba 1) și titanul aliat la suprafață cu laser cu (b) siliciu, (c) 3Si + Al și (d) 3Si + Al și d) Si + 3Al și (c) comportamentul la uzură cu o bilă de oțel călit în relație cu adâncimea zgârierei (zw) cu sarcina (L) datorită zgârierei Ti pur și Ti aliat cu Si, Al și Si + Al la suprafață cu laser. Figura 18a dezvăluie microstructura hiper-eutectică de pe suprafața superioară a zonei aliate constând din faza Ti5Si3 fațetată uniform distribuită într-un agregat eutectic în două faze de α-Ti și Ti5Si3 (Dutta-Majumdar și colab. 1999). Fracția de volum mare a fazei primare și gradul de finețe al produselor eutectice semnifică dizolvarea completă și amestecarea uniformă a Si în zona aliată, și, respectiv, o stingere rapidă experimentată de acesta din urmă. Studiile ulterioare de oxidare efectuate la 873–1023 K au arătat că LSA lui Ti cu Si și Si + Al a îmbunătățit semnificativ rezistența la oxidare izotermă (Fig. 18b) (Dutta et al. 2002). De asemenea, a fost studiat efectul alierii cu laser a suprafeței Si și Al asupra rezistenței la uzură a titanului. Figura 18c prezintă variația adâncimii de zgâriere (zw) cu sarcina (L) datorită zgârierei Ti pur și Ti aliat la suprafață cu laser cu Si, Al și Si + Al cu o bilă de oțel călit (Dutta et al. 2000). Se poate observa că adâncimea zgârieturii variază liniar cu sarcina pentru toate cazurile. Efectul sarcinii asupra adâncimii zgârieturilor este mai proeminent la un număr mai mare de zgârieturi (≥ 1.000) decât la o valoare mai mică (= 25). În condiții comparabile de zgâriere, Ti suferă cea mai rapidă pierdere de uzură, urmată de cea a specimenelor aliate la suprafață cu laser. Proba aliată la suprafață cu laser cu Si suferă pierderea minimă de uzură, care este atribuită formării de precipitate dure de Ti5Si3 în zona aliată (Dutta et al. 2000).

Sicard și colab. (2001) au raportat îmbunătățirea proprietăților mecanice și chimice ale aliajelor de aluminiu (AlSi7Mg0,3) prin tratamentul de nitrurare asistat cu laser excimer. Tratamentul special de nitrurare necesită un laser excimer pentru a iradia proba plasată în interiorul celulei cu o presiune de azot de 1 bar, permițând expansiunea plasmei de vapori, disocierea/ionizarea azotului prin unda de șoc generată cu laser și penetrarea ulterioară (adsorbția și difuzia) a azotului de la plasmă până la o anumită adâncime. Deși este necesară o fluență laser adecvată pentru a crea plasmă, această fluență trebuie limitată pentru a preveni rugozitatea suprafeței indusă de laser. Stratul de nitrură policristalină rezultat are o grosime de câțiva micrometri și cuprinde coloane pure de AlN (200-500 nm grosime) deasupra granulelor de AlN echiaxiale din stratul de difuzie. Calculele conducției de căldură arată că un laser de 308 nm este mai potrivit pentru o grosime mai mare a nitrururilor, deoarece corespunde unei valori mai slabe a reflectanței pentru aluminiu. Tang și Man (2006) au observat că alierea suprafeței cu laser a bronzului mangan-nichel-aluminiu cu Al a fost mai eficientă în creșterea rezistenței la coroziune și eroziune prin cavitație într-o soluție NaCl de 3,56% în greutate decât cea după topirea suprafeței cu laser.

Manna și Dutta Majumdar (1999) au încercat să îmbunătățească rezistența la uzură și eroziune a Cu prin alierea suprafeței cu laser cu Cr (electrodepus cu 10 și 20 μm grosime, tz). Conținutul total de Cr (XCr), Cr sub formă de precipitate (fCr) și Cr în soluție solidă cu Cu (CuCr) în zona aliată au fost determinate prin spectrometrie de dispersie a energiei, microscop optic și, respectiv, tehnica de difracție cu raze X. Alierea suprafeței cu laser a extins solubilitatea solidă a Cr în Cu până la 4,5% în greutate în comparație cu mai puțin de 1% în greutate solubilitate solidă la echilibru. S-a constatat că microduritatea zonei aliate se îmbunătățește semnificativ (până la 225 VHN) după alierea suprafeței cu laser, în comparație cu 85 VHN a metalului de bază. Figura 19 prezintă variația durității medii în zona aliată (H_v^av) ca funcție de CuCr, fCr, și XCr pentru cuprul aliat la suprafață cu laser cu crom cu o grosime pre-depunere de 20 μm (Majumdar și Manna 1999). Din Fig. 19 se poate observa că microduritatea medie a zonei aliate crește odată cu creșterea conținutului total de crom și, prin urmare, cu soluția solidă și cu dispersoide. Însă, contribuția soluției solide este mai mare decât a dispersoidelor.