钛表面改性技术论文参考文献

激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，下面是我整理了激光熔覆技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!

激光熔覆技术的研究进展

介绍了激光熔覆技术的 发展 、 应用 、设备及工艺特点，简述了激光熔覆技术的国内外 研究 现状，指出了激光表面改性技术存在的 问题 ，展望了激光熔覆技术的发展前景。

0引言

激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，是指激光表面熔敷技术是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化,光束移开后自激冷却形成稀释率极低,与基体材料呈冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化 方法 [1~3]。如对60#钢进行碳钨激光熔覆后，硬度最高达2200HV以上，耐磨损性能为基体60#钢的20倍左右。在Q235钢表面激光熔覆CoCrSiB合金后，将其耐磨性与火焰喷涂的耐蚀性进行了对比，发现前者的耐蚀性明显高于后者[4]。

激光熔覆技术是一种 经济 效益很高的新技术,它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不 影响 基体的性质，降低成本,节约贵重稀有金属材料，因此,世界上各 工业 先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视[1-2、5-7]。

1激光熔覆技术的设备及工艺特点

目前 应用于激光熔覆的激光器主要有输出功率为1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。对于连续CO2激光熔覆,国内外学者已做了大量研究[1]。近年来高功率YAG激光器的研制发展迅速,主要用于有色合金表面改性。据 文献 报道,采用CO2激光进行铝合金激光熔覆,铝合金基体在CO2激光辐照条件下容易变形,甚至塌陷[1]。YAG激光器输出波长为μm,较CO2激光波长小1个数量级,因而更适合此类金属的激光熔覆。

同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[8]

激光熔覆按送粉工艺的不同可分为两类:粉末预置法和同步送粉法。两种方法效果相似,同步送粉法具有易实现自动化控制,激光能量吸收率高,无内部气孔,尤其熔覆金属陶瓷,可以显著提高熔覆层的抗开裂性能,使硬质陶瓷相可以在熔覆层内均匀分布等优点。

激光熔覆具有以下特点[2、9]：

( 1) 冷却速度快(高达106 K/s), 属于快速凝固过程,容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相,如非稳相、非晶态等。

( 2)涂层稀释率低(一般小于5%),与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通过对激光工艺参数的调整,可以获得低稀释率的良好涂层,并且涂层成分和稀释度可控;

( 3)热输入和畸变较小, 尤其是采用高功率密度快速熔覆时,变形可降低到零件的装配公差内。

( 4) 粉末选择几乎没有任何限制,特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金;

(5)熔覆层的厚度范围大,单道送粉一次涂覆厚度在 mm,

( 6) 能进行选区熔敷,材料消耗少,具有卓越的性能价格比;

( 7) 光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷;

( 8) 工艺过程易于实现自动化。

很适合油田常见易损件的磨损修复。

2激光熔覆技术的 发展 现状

激光熔覆技术是—种涉及光、机、电、 计算 机、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术。它由上个世纪60年代提出,并于1976年诞生了第一项论述高能激光熔覆的专利。进入80年代,激光熔覆技术得到了迅速的发展,近年来结合CAD技术兴起的快速原型加工技术,为激光熔覆技术又添了新的活力。

目前 已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰口铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊合金表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度,热稳定性好,化学稳定性高,适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。在滑动磨损、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下,纯的镍基、钴基和铁基合金粉末已经满足不了使用工况的要求,因此在合金表面激光熔覆金属陶瓷复合涂层已经成为国内外学者 研究 的热点,目前已经进行了钢、钛合金及铝合金表面激光熔覆多种陶瓷或金属陶瓷涂层的研究[1、10]。

3激光熔覆存在的 问题

评价激光熔覆层质量的优劣,主要从两个方面来考虑。一是宏观上,考察熔覆道形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率等;二是微观上,考察是否形成良好的组织,能否提供所要求的性能。此外,还应测定表面熔覆层化学元素的种类和分布,注意 分析 过渡层的情况是否为冶金结合,必要时要进行质量寿命检测。

目前研究工作的重点是熔覆设备的研制与开发、熔池动力学、合金成分的设计、裂纹的形成、扩展和控制 方法 、以及熔覆层与基体之间的结合力等。

目前激光熔敷技术进一步 应用 面临的主要问题是:

① 激光熔覆技术在国内尚未完全实现产业化的主要原因是熔覆层质量的不稳定 性。激光熔覆过程中,加热和冷却的速度极快,最高速度可达1012℃/s。由于熔覆层和基体材料的温度梯度和热膨胀系数的差异,可能在熔覆层中产生多种缺陷,主要包括气孔、裂纹、变形和表面不平度[1]。

② 光熔敷过程的检测和实施自动化控制。

③激光熔覆层的开裂敏感性，仍然是困扰国内外研究者的一个难题，也是工程应用及产业化的障碍[1、11]。目前，虽然已经对裂纹的形成扩进行了研究[1]，但控制方法方面还不成熟。

4 激光熔覆技术的应用和发展前景展望

进入20世纪80 年代以来, 激光熔敷技术得到了迅速的发展, 目前已成为国内外激光表面改性研究的热点。激光熔敷技术具有很大的技术 经济 效益,广泛应用于机械制造与维修、汽车制造、纺织机械、航海[12]与航天和石油化工等领域。

目前激光熔覆技术已经取得一定的成果,正处于逐步走向 工业 化应用的起步阶段。今后的发展前景主要有以下几个方面:

(1)激光熔覆的基础 理论 研究。

(2)熔覆材料的设计与开发。

(3)激光熔覆设备的改进与研制。

(4)理论模型的建立。

(5)激光熔覆的快速成型技术。

(6)熔覆过程控制的自动化。

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快速凝固技术一般指以大于105 K/s~106 K/s 的冷却速率进行液相凝固成固相，是一种非平衡的凝固过程，下面是我为大家精心推荐的快速凝固技术论文，希望能够对您有所帮助。

浅析金属材料快速凝固激光加工成形

【摘要】快速凝固加工技术能使微晶、非晶、准晶等非平衡新型结构及 其它 功能材料快速凝固。该技术不仅能提高传统金属的材料性能，还能挖掘现存材料的性能加以利用，并且研究其他高性能材料。如今，快速凝固非平衡材料的理论研究及其技术都已经成为了材料科学与凝聚态物理的重点研究领域之一。实现金属材料快速凝固的基本 方法 就是激光表面快速凝固，这也是在实现凝固冷却方法中速度最快的一种方法。

【关键词】金属材料;快速凝固;激光;

利用激光熔化金属材料表面，可以得到快速凝固后的表面材料，并且还能带有组织特征。例如枝晶及组织细化、低偏析或无偏析、准晶、溶质元素高度过饱和固溶等，并且还能获得具有物理性能、化学性能或力学性能的表面材料。此外，在利用激光将材料表面快速熔化的过程中，向熔池内添加合金元素，还能获得许多零件基材，并且这些零件基材的成分、组织及性能都完全不同，是特种表面冶金涂层材料，具有细小、均匀等特点。

快速凝固激光加工的过程十分迅速、灵活，且易于自动化、热影响区小，因此利用该技术将金属材料表面改性的应用基础与研究都得到了迅速发展。并且，以快速凝固理论作为研究基础，在其发展之上演变而来的激光表面合化金技术与激光表面工程技术也成为了现代表面工程的新技术之一，这两种技术都能将特征先进涂层材料与优质零件进行设计合成。近年来，随着快速原型制造技术的发展，快速凝固激光材料的加工基本原理不断发展，两者相结合之后使高性能金属零件激光添加技术也得到迅速发展。高性能金属零件激光添加技术成为了激光技术、材料学科、材料加工工程等学科的重点研究对象。该技术是将材料设计、材料合成与近净形复杂金属零件快速成形相结合的制造技术，具有先进性、知识化、数字化等特点。

一、将钛合金快速凝固的激光熔覆技术

在金属材料中，钛合金的优点十分多，例如密度低、耐蚀性高、生物相容性好、比强度高等，而航天、航空、兵器、船舶等领域又十分需要这种材料，因此钛合金得到了广泛应用。但是钛合金也有一些缺点，如耐磨性低、易粘着、摩擦系数高、高温高速摩擦易燃等。但是同时，钛合金在这些领域大多是作为摩擦磨损运动副零部件，不能让其自身的缺点影响到应用效果。而想要使钛合金的耐磨性增高、阻燃性增高、摩擦系数降低，达到完美摩擦磨损运动副零部件的效果，就必须采用先进的表面工程技术改变钛合金表面缺点。最经济灵活的方式是将钛合金零件基材与牢固的冶金结合，形成具有高温耐磨、耐腐蚀、阻燃性强的特殊材料。

利用激光表面所含的合金化与激光熔覆技术结合耐磨材料表面改性层，可以将钛合金的耐磨性能大幅提高。此外，将快速凝固激光表面合金化技术与激光熔覆技术相结合，利用难熔金属化合物能增强钛合金表面的高温耐磨涂层，并且达到快速凝固效果。此种方法还可以应用于TC4、BT9、TA15等钛合金采研制出 、 、 等高硬度且十分耐磨的金属间化合物耐磨涂层新材料。在上述的涂层组织中，都是金属间化合物，它们的硬度较高，并且温度与硬度关系反常，有金属键与共价键共存现象。经过研究，发现这些金属间化合物在室温条件或高温条件下，摩擦系数、磨料磨损率、滑动磨损率及微动磨损率都非常低，并且其耐磨性还能继续提高，甚至达到钛合金基材的100至700倍，而其摩擦系数可降低整整一半。这些研究为作为摩擦副机械零部件的钛合金应用提供了新的方法。

二、金属材料快速凝固激光制备特种涂层新材料

一般而言，高温运动副零部件应用环境都是十分恶劣的，大多应用于航空及航天发动机、石油采集设备、电力工程等方面，因此对这些高温运动副零部件组成材料的性能要求极高，不仅需要强大的耐高温性能、耐腐蚀性能、抗氧化性能、低摩擦系数，还需要较强的生物相容性。而这样的多功能材料新涂层需要非常优质的涂层制备技术。因此，近年来许多研究人员将涂层制备技术和快速凝固激光熔覆技术相结合，研究出具有强大功能的涂层新材料，不仅这些新材料的各种性能都大大提高，同时也进一步发展了凝固激光熔覆涂层制备技术。

在航空装置、航天装置、石油采集设备等先进技术装备的发动机中都需要用到许多高温高速副零部件，而具有多功能的涂层新材料都具有耐高温、耐磨损、抗氧化、低摩擦、摩擦相容等特点，因此十分适合航空发动机等先进装置的条件。此外，将快速凝固激光熔覆涂层制备技术与耐磨材料的设计原理相结合，还可以得到性能更加优异的激光熔覆涂层新材料，例如超高碳 。其工艺性能良好、碳含量在9%-12%之间，并且内部显微组织呈孤立分布的状态。此种激光熔覆涂层新材料已经应用到我国的先进航空发动机中，作为关键高温高速滑动摩擦副部件使用。

随着高温耐磨运动副零部件的应用环境越来越恶劣，对其性能要求也越来越高。此时对于过渡金属硅化物的化学性质也提出了更高要求，因为难熔金属硅化物在摩擦学、耐磨材料、表面工程等领域都能表现出其众多的优点，所以难熔金属硅化物成为了多功能涂层新材料的又一研究领域。经过研究人员坚持不懈的探索，终于成功研究出 、 、 、 等多功能涂层新材料，这些金属硅化物的高温耐磨性优异、抗热性能和抗腐蚀性能极高、低摩擦系数及其摩擦相容性更是符合标准，并且各性能之间还能相互配合，优化其涂层激光熔覆制备技术。在常温金属及高温金属干滑动试验中， 、 等金属硅化物涂层具有反常载荷、反常温度、与金属摩擦完全不粘着等特性。

三、金属材料小平 面相 液-固界面结构及其生长机制

在凝固理论研究中，小平面相的液-固界面结构、生长形态、生长规律及生长机制一直都是重点研究课题。笔者在研究增强金属及金属间化合物的复合涂层材料时，以 作为研究对象，研究在不同的凝固冷却速度下，它的小平面相的液-固界面结构、生长形态、生长规律及生长机制有何不同。

结果表明，在冷却速度为 发非平衡凝固条件下，小平面相 的生长形态十分分度，在没有达到最快速凝固条件时， 小平面相液-固界面结构为三维网络树枝状;而在达到最快速凝固条件时， 小平面相液-固界面结构为小平面花瓣状分枝团族树枝晶状。可是，不论凝固冷却速度条件是否达到标准，即使其凝固形态不同，但其生长界面始终具有小平面特征，说明类似 晶体的高因子小面晶体在较宽的凝固冷却速度范围以内，其小平面相液-固界面结构及其生长机制的基本特征都不会随着凝固冷却速度的变化而产生变化。

四、高性能金属材料激光快速成形

高性能金属材料激光快速成形技术是近年来随着材料科学不断发展形成的新技术，也属于快速凝固技术的一种，由新材料制备技术结合先进制造技术研发而来。该技术的核心是快速凝固激光材料制备加工技术，利用快速原型制造技术在没有任何模具与工装条件下即可快速成形任意形状的零件。高性能金属零件激光快速成形技术具有高度的柔性、适应性及快速响应性，应用面十分宽广。

结束语

随着高温耐磨运动副零部件的应用环境越来越恶劣，对其性能要求也越来越高。利用激光熔化金属材料表面，可以得到快速凝固后的表面材料，并且还能带有组织特征。快速凝固激光加工成形技术是利用金属快速凝固效应进行新材料制备的新型技术，也可以进行高性能金属材料的直接成形。该技术在许多先进航空材料的表面改性、发动机涂层新材料合成、优质涂层制备等方面都具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]樊熊.金属材料加工工艺中激光技术应用分析[J].企业技术开发，2013，15：23-24.

[2]田延龙.激光技术在金属材料加工工艺中的应用探析[J].科技创新与应用，2013，(10).

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