激光照射提高钛表面耐磨性

激光照射提高钛表面耐磨性

分别采用线状激光对板厚为2 mm的工业纯钛TP340C及φ25 mm的圆状激光对板厚为7 mm的工业纯钛TP270H进行照射，研究激光照射对钛表面耐磨性的影响。首先用不锈钢刷对试样表面进行反复刷磨，再用丙酮清洗以去除表面氧化膜。处理后的试样置于密闭的丙烯基塑料桶内，用流量为20 L/min的保护气体充填2 min后开始进行激光照射。选用YAG激光，输出功率为1.5 kW，连续波形，激光束移动速度为500 mm/min。保护气体分别采用纯氩气和70%N2+30%Ar混合气体。研究结果表明，对于板厚为2 mm的试样，用线状激光在同一处照射1～6次，当保护气体为氩气时，试样表面最高温度为1 100℃，金相组织显示表面和内部显微组织均无明显变化，表面未见形成白色氧化膜;当保护气体为混合气体时，试样表面最高温度约为1 350℃，金相组织显示表面形成白色氧化膜，且膜层厚度随照射次数的增多而增加。经X射线衍射分析，该膜层为TiN。硬度测试表明，表面膜层硬度达39 GPa，是基材硬度(5 GPa)的8倍。对于板厚为7 mm的试样，用圆形激光分别照射5、20、40次，每照射5次用保护气体冷却2 min。当保护气体为混合气体时，表面形成的TiN膜厚度随照射次数的增多而增加，最大厚度可达53 μm。对经激光照射40次的试样进行耐磨试验，经36 h磨耗后，磨痕约0.45 mm，而基材为1.1 mm;经60 h磨耗后，磨盘表面可以观察到φ0.90 mm的圆形磨痕，可见试样的磨耗水平与磨盘材料ZrO2相当。比磨耗量计算结果表明，当保护气为混合气时，经激光照射后比磨耗量可达0.75×10－8mm3·(mm·N)－1，与基材(16.3 ×10－8mm3·(mm·N)－1)相比大大降低，说明激光照射可大幅提高钛表面的耐磨性。

吴全兴摘译自《チタン》