利用高功率、高密度激光束（一般用104~105W/c㎡)對金屬進行表面處理的方法稱為激光熱處理。激光熱處理分為激光相變硬化（表面淬火、表面非晶化及表面重熔淬火）、激光表面合金化（表面敷層合金化、硬質粒子噴射合金化、氣體合金化）等表面改性工程，產生其他表面加熱淬火強化達不到的表面成分、組織及性能的改變。

  激光熱處理為高速加熱、高速冷卻，獲得的組織細密、硬度高、耐磨性能好，淬火部位可獲得大于3920MPa的殘留應力，有助于提高疲勞性能。激光熱處理可以進行局部選擇性淬火，通過對光斑尺寸的控制，尤其適合其他熱處理方法無法處理的不通孔、沉溝、微區、夾角、圓角和刀具刃部等局部區域的硬化。激光可以遠距離傳送，容易實現一臺激光器供若干工作臺同時或單獨使用，易于采用計算機對

  激光熱處理工藝過程進行控制和管理，實現生產過程的自動化。此外，激光熱處理具有耗電低、變形極小，不需冷卻介質，速度快、效率高及無工業污染等優點。

  激光熱處理一般采用功率為千瓦級的連續工作的CO₂激光，通常的激光熱處理實驗裝置見圖3-17。激光熱處理的關鍵設備是激光器，目前工業中應用最多的是500W級縱向直流放電CO₂激光器。其性能如下：額定輸出功率為200～800W，光束直徑為4mm，發散角小于2mrad。

  利用激光照射事先經過黑化處理的工件表面，使表面薄層快速加熱到相變溫度以上（低于熔點），光束移開后通過自激冷卻即可實現表面淬火硬化。用于激光表面淬火的功率密度為103~105W/c㎡。由于加熱工件的表面溫度及穿透深度均與激光照射持續時間的平方根成正比，因此當激光束功率及光斑尺寸確定后，通過改變激光束的掃描速率，就可以控制工件表面溫度與加熱層深度。

  激光淬火的基本工藝參數包括激光器的輸出功率、光斑尺寸、掃描速度（或工件移動速度）以及材料對光的吸收率等。

  激光淬火鋼件表層可獲得極細的馬氏體，合金鋼硬化區組織為極細板條或針狀馬氏體、未溶碳化物及少量殘留奧氏體，激光硬化區與基體交界區呈現復雜的多相組織。

  激光表面淬火與高頻及火焰表面加熱淬火相比較，前者受熱及冷卻區域極小，因而畸變極小、殘留應力小，且由于無氧化脫碳作用，淬火表面更加光亮潔凈，從而可以在最終精加工工序以后進行。利用激光表面加熱淬火可改善模具表面硬度、耐磨性、熱穩定性、抗疲勞性和臨界斷裂韌度等力學性能，是提高模具壽命的有效途徑之一。例如GCr15鋼制軸承保持架沖孔用的沖孔凹模，經常規處理后的使用壽命為1.12萬次，經激光處理后的壽命達2.8萬次。GCr15鋼制擠壓孔邊用的壓坡模，經激光處理后，可連續沖壓6000件，而按常規熱處理工藝處理后，最高使用壽命為3000件。

  如果在工件表面涂敷硬質合金粉末，即可實現表面合金化。激光加熱的優點是工件無需置于真空。表3-41所列為45鋼和42CrMo鋼激光加熱表面淬火的效果。

 從表3-41可以看出，為了提高光能的吸收率，被加工金屬表面必須施行黑化處理，最好的黑化方法是磷酸鹽法。