激光照射提高鈦表面耐磨性

激光照射提高鈦表面耐磨性

分別采用線狀激光對板厚為2 mm的工業純鈦TP340C及φ25 mm的圓狀激光對板厚為7 mm的工業純鈦TP270H進行照射，研究激光照射對鈦表面耐磨性的影響。首先用不銹鋼刷對試樣表面進行反復刷磨，再用丙酮清洗以去除表面氧化膜。處理后的試樣置于密閉的丙烯基塑料桶內，用流量為20 L/min的保護氣體充填2 min后開始進行激光照射。選用YAG激光，輸出功率為1.5 kW，連續波形，激光束移動速度為500 mm/min。保護氣體分別采用純氬氣和70%N2+30%Ar混合氣體。研究結果表明，對于板厚為2 mm的試樣，用線狀激光在同一處照射1～6次，當保護氣體為氬氣時，試樣表面最高溫度為1 100℃，金相組織顯示表面和內部顯微組織均無明顯變化，表面未見形成白色氧化膜;當保護氣體為混合氣體時，試樣表面最高溫度約為1 350℃，金相組織顯示表面形成白色氧化膜，且膜層厚度隨照射次數的增多而增加。經X射線衍射分析，該膜層為TiN。硬度測試表明，表面膜層硬度達39 GPa，是基材硬度(5 GPa)的8倍。對于板厚為7 mm的試樣，用圓形激光分別照射5、20、40次，每照射5次用保護氣體冷卻2 min。當保護氣體為混合氣體時，表面形成的TiN膜厚度隨照射次數的增多而增加，最大厚度可達53 μm。對經激光照射40次的試樣進行耐磨試驗，經36 h磨耗后，磨痕約0.45 mm，而基材為1.1 mm;經60 h磨耗后，磨盤表面可以觀察到φ0.90 mm的圓形磨痕，可見試樣的磨耗水平與磨盤材料ZrO2相當。比磨耗量計算結果表明，當保護氣為混合氣時，經激光照射后比磨耗量可達0.75×10－8mm3·(mm·N)－1，與基材(16.3 ×10－8mm3·(mm·N)－1)相比大大降低，說明激光照射可大幅提高鈦表面的耐磨性。

吳全興摘譯自《チタン》