钛合金的表面改性技术

1、钛合金激光表面改性技术钛合金钛合金钛合金密度小，比强度高，具有良好的耐蚀性、疲劳抗力，广泛应用于航空航天、国防、汽车、医疗等领域。然而，钛合金摩擦系数高、对粘着磨损和微动磨损非常敏感、耐磨性差及高温抗氧化性差等缺点，制约了它的应用。有效的解决途径-表面改性：激光熔覆、激光合金化和激光熔凝技术激光熔覆激光熔覆又称激光涂覆或激光熔敷，是一种新型的材料加工和表面改性技术，其实质是将具有特殊性能(如耐磨、耐蚀、抗氧化等)的粉末先喷涂在金属表面上或同激光束同步送粉，然后使其在激光束作用下迅速熔化、扩展及快速凝固，在基材表面上形成无裂纹、无气孔的冶金结合层的一种表面改性技术。经过激光重熔处理后，陶瓷涂层颗

2、粒细化，片层状组织得以消失，致密性提高，硬度、耐磨性和抗冲蚀性能明显提高。激光合金化激光合金化是在高能束激光作用下，将一种或多种合金元素与基材表面快速熔凝，即利用激光改变金属及合金表面的化学成分。该方法具有以下优点：1)在金属零件的局部表面处理后能获得高级合金的性能；2) 改性层深度和宽度得到精密控制；3) 由于激光加热层温度梯度大，故结合层窄，结合质量好，而且对基体金属性能的不利影响极小。激光合金化激光合金化与激光熔覆的不同之处在于：激光合金化是使添加的合金元素和基材表层在液态下充分混合而形成合金化层；而激光熔覆则是使预涂层全部熔化而基体表层微熔，从而使熔覆层与基体材料形成冶金结合而保持熔覆

3、层的成分基本不变。钛合金表面激光合金化依据所添加材料的性质可分为两大类，即气相和固相合金化。激光气相合金化大多采用氮气或混合气体2631。激光氮化是在氮气环境下(保持压力为35103 Pa)利用激光辐照熔化钛合金基材表面，并在钛合金表面形成组织致密、厚度为4001000 mm 的氮化层。激光熔凝激光熔凝是指利用高能密度的激光束扫描工件的表面，使表面一薄层熔化并在极快的冷却速度下凝固。激光熔凝对纯钛板的抗腐蚀性和点蚀电位的影响：钛基板和激光熔凝钛板的动电位分析表明，钛基板受到明显的腐蚀，而激光熔凝钛板则没有这种现象，即激光熔凝钛板的抗蚀性增加了。电化学阻抗测定结果表明，经激光熔凝后的纯钛板的电阻

4、较钛基板更大一些。激光改性过程中裂纹产生机理钛合金激光表面改性是快速熔化和凝固的冶金过程，在激光处理过程中存在复杂的传热、传质、对流、扩散、相变等物理和化学现象。激光熔覆过程中引入超声振动，可以改善液态熔池的流动性，使气泡快速逸出，组织分布更加均匀；凝固过程施加超声振动，可以将正在长大的枝晶打碎，并使其分散到熔体的各个部位形成均匀分布的小晶核。超声振动还可以使液体更容易向树枝结晶间的孔隙补充，有利于减少缩孔，部分消除拉应力产生的根源，从而减少重熔层裂纹。超声波在熔池中的空化及搅拌作用能使熔池各处温度均匀化，改善了熔池的凝固状态，减少了残余热应力和开裂敏感性。总结和展望总结和展望激光表面改性是一项钛合金表面处理的理想技术，现已引起各国的高度重视，特别是钛合金在军事及航空航天以及汽车、医疗等领域的广泛用途，使得该领域的研发工作倍受关注。与国外钛合金激光表面改性技术的研究相比，国内有关的理论和实验研究起步较晚