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(yè)純鈦TP340C及φ25 mm的圓狀激光對板厚為7 mm的工業(yè)純鈦TP270H進(jìn)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(jìn)行反復(fù)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(nèi)，用流量為20 L/min的保護(hù)氣體充填2 min后開始進(jìn)行激光照射。選用YAG激光，輸出功率為1.5 kW，連續(xù)波形，激光束移動(dòng)速度為500 mm/min。保護(hù)氣體分別采用純氬氣和70%N2+30%Ar混合氣體。研究結(jié)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(dāng)保護(hù)氣體為氬氣時(shí)，試樣表面最高溫度為1 100℃，金相組織顯示表面和內(nèi)部顯微組織均無明顯變化，表面未見形成白色氧化膜;當(dāng)保護(hù)氣體為混合氣體時(shí)，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(shù)的增多而增加。經(jīng)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(dá)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(hù)氣體冷卻2 min。當(dāng)保護(hù)氣體為混合氣體時(shí)，表面形成的TiN膜厚度隨照射次數(shù)的增多而增加，最大厚度可達(dá)53 μm。對經(jīng)激光照射40次的試樣進(jìn)行耐磨試驗(yàn)，經(jīng)36 h磨耗后，磨痕約0.45 mm，而基材為1.1 mm;經(jīng)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(dāng)。比磨耗量計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)保護(hù)氣為混合氣時(shí)，經(jīng)激光照射后比磨耗量可達(dá)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》