激光辐照对超音速激光沉积Ti6Al4V涂层致密性及耐磨损性能的影响

为了系统研究激光辐照对超音速激光沉积(SLD) Ti6Al4V涂层颗粒界面结合及致密性的影响并揭示涂层界面结合与其耐磨损性能的关系,采用不同功率激光在Ti6Al4V基板上制备了SLD-Ti6Al4V涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪和摩擦磨损仪等对涂层的微观特性、物...     

激光沉积修复BT20合金的显微组织和力学性能

针对BT20钛合金锻件当量孔损伤进行激光沉积修复试验,考察了修复试样的组织和力学特点。修复区与基材之间形成了致密冶金结合,Al,Zr,Mo,V合金元素由锻件基体到激光修复区均匀分布,无宏观偏析,硬度分布从基材到修复区依次提高。热影响区组织是由基材的双态组织过渡到网篮组织;修复区组织为粗大的原始柱状β晶,晶粒内为α/β网篮组织,晶内α片层取向随机,宽0.4~0.5μm。修复过程中发现,激光加工工艺参数选择不当、坡度过大等原因会造成修复区组织形成气孔和熔合不良等缺陷,但是通过优化工艺参数可以获得无缺陷修复试样。修复试样的室温静拉伸结果表明,试样的抗拉强度接近锻件基体强度,但修复件的韧性比锻件稍有提高。     

激光沉积修复BT20合金的显微组织和力学性能

针对BT20钛合金锻件当量孔损伤进行激光沉积修复试验,考察了修复试样的组织和力学特点。修复区与基材之间形成了致密冶金结合,Al,Zr,Mo,V合金元素由锻件基体到激光修复区均匀分布,无宏观偏析,硬度分布从基材到修复区依次提高。热影响区组织是由基材的双态组织过渡到网篮组织;修复区组织为粗大的原始柱状晶,晶粒内为/网篮组织,晶内片层取向随机, 宽0.4~0.5 m。修复过程中发现,激光加工工艺参数选择不当、坡度过大等原因会造成修复区组织形成气孔和熔合不良等缺陷,但是通过优化工艺参数可以获得无缺陷修复试样。修复试样的室温静拉伸结果表明,试样的抗拉强度接近锻件基体强度,但修复件的韧性比锻件稍有提高。     

钛合金表面激光熔覆TiC_p/Ni基合金复合耐磨涂层

采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备TiC颗粒增强的Ni基合金复合材料涂层,测试了熔覆层的硬度和滑动摩擦磨损性能,分析了熔覆层的强化机制。结果表明,熔覆层中存在颗粒强化、固溶强化和细晶强化等多种强化作用,熔覆层的显微硬度达HV900～1100,耐磨性能比TC4合金显著提高。     

纳秒激光抛光钛合金Ti6Al4V作用机理的实验研究

对钛合金进行抛光可以优化表面质量、提高耐磨损性能和使用寿命。运用纳秒脉冲光纤激光器进行钛合金Ti6Al4V抛光实验,通过光学轮廓仪测量不同激光光束形状、脉冲能量密度、光斑重叠率、脉冲宽度下的钛合金Ti6Al4V工件表面粗糙度变化规律。结果表明:平顶光束能够达到的粗糙度更小,激光脉冲能量密度增大,凸起消融越多,工件表面粗糙度减小;光斑重叠率增大,粗糙度减小,重叠率过大,受热应力的影响,凝固后的表面变得不平滑,粗糙度增大;一定范围内的脉冲宽度的增加,凸起消融越多,粗糙度减小。研究结果对提高钛合金抛光效率,优化钛合金性能有促进作用。     

激光沉积修复TA15合金的组织和力学性能

采用激光沉积修复方法对TA15槽损伤试样进行了修复试验,考察了修复试样的组织和力学特点,发现激光修复试样组织是由基材的双态组织经由热影响区过渡到修复区的网篮组织。修复区组织为粗大的原始柱状β晶,晶粒内为α/β网篮组织,晶内α片层取向随机,宽0.4～0.5μm。分析了修复区和坡面存在熔合不良缺陷的原因,并给出了纠正措施。修复试样的室温静拉伸结果表明,试样的抗拉强度接近工业锻件水平,表明修复区与基材之间形成了致密冶金结合,但由于修复区粗大柱状晶组织,试样的冲击韧性比基材稍差。     

激光沉积修复TA15合金的组织和力学性能

采用激光沉积修复方法对TA15槽损伤试样进行了修复试验,考察了修复试样的组织和力学特点,发现激光修复试样组织是由基材的双态组织经由热影响区过渡到修复区的网篮组织。修复区组织为粗大的原始柱状晶,晶粒内为/网篮组织,晶内片层取向随机, 宽0.4~0.5 m。分析了修复区和坡面存在熔合不良缺陷的原因,并给出了纠正措施。修复试样的室温静拉伸结果表明,试样的抗拉强度接近工业锻件水平,表明修复区与基材之间形成了致密冶金结合,但由于修复区粗大柱状晶组织,试样的冲击韧性比基材稍差。     

离子束辅助沉积多层复合Cr／CrN涂层改善W9Cr4V2Mo轴承钢耐磨性和耐腐蚀性研究

由于具有良好的耐磨、抗腐蚀性以及高氧化性，目前，CrN涂层被证明是提高轴承寿命的最佳方法之一。然而随着机械器件工作环境恶劣程度的增加，单一的涂层已不能满足一些特殊的要求，尤其对于轴承，更需要寻求一种新的涂层技术来进一步提高其耐磨性、耐腐蚀性等特性。90年代以来，多层复合技术的应用受到了极大的重视。     

激光熔覆TiC-Ni复合涂层的摩擦磨损性能和磨损机制研究

利用光学显微镜和扫描电镜观察了钛合金表面TiC-Ni激光熔覆层的宏观形貌和微观组织,测试了激光熔覆层的硬度、摩擦系数和磨损量。利用SEM观察了磨损的表面形貌和磨屑的形貌,分析了激光熔覆层的磨损机制。结果表明:激光熔覆层组织致密,无气孔和裂纹,硬度为基材的3倍;激光熔覆层的摩擦系数随环境压力的降低而提高,磨损量随环境压力的降低、法向载荷的增加而增加;低载时为轻微的磨粒磨损,高载时为严重的剥层磨损。     

激光熔覆Al+SiC涂层对镁合金表面耐磨性能的改性

通过脉冲激光器(Nd-YAG)在AZ91D镁合金基底上熔覆Al+SiC粉体。采用扫描电子显微镜、能量色散谱(EDS)和X-射线衍射测定分析熔覆层的显微组织、化学成分和物相组成。研究表明:Al+SiC涂层主要由SiC,β-Mg_(17)Al_(12)及Mg和Al相组成,激光熔覆层与镁合金基底表现出良好的冶金结合。所有样品都具有树枝状结构,且随着SiC质量分数的增大,树枝状和胞状结构的间隔变得更大。熔覆涂层的表面硬度高于基底,并且随着熔覆层中的SiC质量分数的增加而增大,SiC质量分数为40%的熔覆层具有最大的显微硬度,达到180 HV,然而质量分数为10%的熔覆层硬度为136 HV。销盘滑动磨损试验表明,复合涂层中的SiC颗粒和原位合成的Mg_(17)Al_(12)相显著提高了AZ91D镁合金的耐磨损性,其中,SiC质量分数从10%增加到30%过程中磨损体积损失逐渐减少,SiC质量分数在20%~30%时熔覆层具有最好的耐磨性。     

激光熔覆Al+SiC涂层对镁合金表面耐磨性能的改性

通过脉冲激光器(Nd-YAG)在AZ91D镁合金基底上熔覆Al+SiC粉体。采用扫描电子显微镜、能量色散谱（EDS）和X-射线衍射测定分析熔覆层的显微组织、化学成分和物相组成。研究表明：Al+SiC涂层主要由SiC,b-Mg17Al12及Mg和Al相组成,激光熔覆层与镁合金基底表现出良好的冶金结合。所有样品都具有树枝状结构,且随着SiC质量分数的增大,树枝状和胞状结构的间隔变得更大。熔覆涂层的表面硬度高于基底,并且随着熔覆层中的SiC质量分数的增加而增大,SiC质量分数为40%的熔覆层具有最大的显微硬度,达到180 HV,然而质量分数为10%的熔覆层硬度为136 HV。销盘滑动磨损试验表明,复合涂层中的SiC颗粒和原位合成的Mg17Al12相显著提高了AZ91D镁合金的耐磨损性,其中,SiC质量分数从10%增加到30%过程中磨损体积损失逐渐减少,SiC质量分数在20%～30%时熔覆层具有最好的耐磨性。     

TA15钛合金激光沉积温度场数值模拟与检测

在综合考虑热源模型、对流辐射换热、相变潜热、材料非线性因素对激光沉积修复温度场影响前提下,建立了激光沉积修复的数学模型,采用有限元参数化设计语言（APDL）对多道多层激光沉积修复温度场进行了数值模拟。研究了激光沉积修复瞬时温度场及其中心高度上节点温度随时间变化情况,分析了修复件中心高度上温度梯度分布情况。搭建了激光沉积修复温度测量系统,对修复时表面温度进行了测量,并与模拟温度进行了比较,两者吻合较好。为控制激光沉积修复组织、提高修复质量提供有效手段。     

TC_4合金TiN激光表面合金化层的组织和硬度研究

通过采用CO_2激光对TC_4合金进行TiN表面合金化处理,探讨了激光功率对合金化层组织和硬度的影响。结果表明,激光合金化试样存在组织不同的三个区域,分别为TiN合金化层,基底熔凝层和淬火层。TiN合金化层由钛合金基体和TiN组成,其中TiN呈现颗粒和树枝晶两种形态。基底熔凝层为定向生长的柱状晶,基底淬火层为针状马氏体。TiN激光合金化层的硬度在700～1100HV之间,约为TC_4合金的2～4倍。     

Fixation of bioactive calcium alkali phosphate on Ti6Al4V implant material with femtosecond laser pulses

Bone implants made of metal, often titanium or the titanium alloy Ti6Al4V, need to be surface treated to become bioactive. This enables the formation of a firm and durable connection of the prosthesis with the living bone. We present a new method to uniformly cover Ti6Al4V with a thin layer of ceramics that imitates bone material. These calcium alkali phosphates, called GB14 and Ca10, are applied to the metal by dip coating of metal plates into an aqueous slurry containing the fine ceramic powder. The dried samples are illuminated with the 790 nm radiation of a pulsed femtosecond laser. If the laser fluence is set to a value just below the ablation threshold of the ceramic (ca. 0.4 J/cm²) the 30 fs laser pulses penetrate the partly transparent ceramic layer of 20-40 μm thickness. The remaining laser fluence at the ceramic-metal interface is still high enough to generate a thin metal melt layer leading to the ceramic fixation on the metal. The laser processing step is only possible because Ti6Al4V has a lower ablation threshold (between 0.1 and 0.15 J/cm²) than the ceramic material. After laser treatment in a fluence range between 0.1 and 0.4 J/cm², only the particles in contact with the metal withstand a post-laser treatment (ultrasonic cleaning). The non-irradiated rest of the layer is washed off. In this work, we present results of a successful ceramic fixation extending over larger areas. This is fundamental for future applications of arbitrarily shaped implants.