钛合金由钛与其他元素(如铝、钒、镍)组成,,,,,,依附其高强度、低密度、精彩的耐侵蚀性和生物相容性 备受重视。。。。。。。。相较于其他钛合金,,,,,,Ti6Al4V钛合金具有奇异的因素配比(以质量分数计:铝6%、钒4%,,,,,,余量 为钛),,,,,,展现出优异的耐高温顺抗疲劳性能,,,,,,是航空航天和生物医疗等领域焦点零部件不可或缺的质料之一 [1-4]。。。。。。。。然而,,,,,,Ti6Al4V钛合金的耐磨性较差,,,,,,高滑动摩擦因数增添了运动部件之间的摩擦阻力,,,,,,尤其是在 高负荷或高摩擦应用情形中,,,,,,将引发更多能量消耗和热量扩散,,,,,,从而缩短质料的使用寿命,,,,,,影响系统稳固与 清静[5-6]。。。。。。。。接纳化学热处置惩罚[7]、气相沉积[8]、冷热喷涂[9]、外貌氧化[10]等古板外貌改性手艺在增强 Ti6Al4V钛合金耐磨性方面都有显著效果,,,,,,但往往涉及高温、高压或重大的化学反应,,,,,,增大了整个改性历程 的本钱和手艺难度。。。。。。。。相比之下,,,,,,激光外貌改性手艺作为一种非接触式、高效处置惩罚要领,,,,,,允许对处置惩罚深度和区 域举行准确调控,,,,,,以其高度精准的控制能力和情形友好性从种种外貌处置惩罚手艺中脱颖而出,,,,,,且在降低 Ti6Al4V钛合金外貌摩擦因数和磨损率方面的效果显著[11-12]。。。。。。。。
激光熔覆[13-14]和激光合金化[15]是改善钛合金外貌耐磨性能的常用手段,,,,,,前者是将具有特定功效的 质料粉末经高能激光束熔化,,,,,,并快速凝固在金属基体外貌,,,,,,以获得致密耐磨层;;;;;;;后者是将一种或多种合金元 素与基材外貌快速熔合,,,,,,从而在金属零件局部外貌获得优异的合金性能。。。。。。。。研究批注,,,,,,接纳脉冲Nd:YAG激光 器对Ti6Al4V钛合金外貌举行熔覆处置惩罚,,,,,,形成含Cr2O3、TiAl的复合涂层,,,,,,可以将钛合金的外貌显微硬度提 高3~4倍,,,,,,将其干摩擦因数降至0.2~0.3之间[16]。。。。。。。。田永生[17]在钛合金外貌举行了碳、氮、硼合金化处置惩罚,,,,,,使其外貌硬度由原始的450HV增至1100~1300HV,,,,,,其磨损抗力提升至基体的3~4倍。。。。。。。。只管接纳2种处置惩罚要领均可付与Ti6Al4V钛合金优异的耐磨性 能,,,,,,但在处置惩罚历程中熔融金属的不匀称熔化和凝固,,,,,,合金化质料的粒度和漫衍不均,,,,,,以及激光处置惩罚参数的不 适当设置,,,,,,均会导致较高的外貌粗糙度,,,,,,需要经由二次处置惩罚才华适用于细密焦点部件。。。。。。。。激光抛光手艺[18- 20]基于精准激光照射诱导的熔化和外貌张力作用,,,,,,能够在不损害基体的同时提升质料的外貌质量和性能。。。。。。。。 新加坡南洋理工研究团队[21]使用光纤纳秒激光手艺对Ti6Al4V钛合金的激光热影响区举行了深入剖析,,,,,,集 中评估了激光处置惩罚对证料外貌微观结构和显微硬度的影响,,,,,,其效果批注,,,,,,通过精准的激光处置惩罚可实现质料硬 度的提升,,,,,,同时将其外貌粗糙度维持在1μm以下。。。。。。。。别的,,,,,,杨奇彪等[22]、贺国阳等[23]对激光抛光 Ti6Al4V钛合金的作用机理举行了探索,,,,,,着重研究了激光参数、激光类型和气体气氛对抛光精度和晶格结构 的影响,,,,,,并指出外貌粗糙度和晶粒结构的转变直接影响质料的摩擦磨损性能。。。。。。。。然而,,,,,,关于激光抛光后 Ti6Al4V钛合金摩擦磨损性能的系统性研究却鲜有报道。。。。。。。。
为此,,,,,,本研究通过一连激光抛光手艺,,,,,,接纳高区分率超景深显微镜、金相显微镜、白光干预仪及摩擦磨 损实验等形性表征手段,,,,,,深入研究离焦距离、激光功率、扫描速率等参数对其外貌微观结构和摩擦磨损性能 的影响,,,,,,旨在展现激光抛光强化对钛合金样品外貌粗糙度及磨损性能的调控机制和作用纪律。。。。。。。。此项研究为探 索Ti6Al4V钛合金的外貌耐磨性提供了新的途径,,,,,,关于它在航空航天及医疗器械等高性能应用领域的进一步 开发与应用具有主要意义。。。。。。。。
1、实验
实验所用质料为西部超导有限公司定制Ti6Al4V钛合金,,,,,,因素见表1。。。。。。。。

该质料由海绵钛、铝钒合金混淆 ,,,,,,经油压机压制和真空情形自耗电弧熔炼,,,,,,后经铸锭加工和热处置惩罚精整工艺制备而成。。。。。。。。为了坚持实验的一致 性,,,,,,将钛合金板材线切割为10mm×10mm×10mm(长度×宽度×厚度)的矩形块,,,,,,通过EcoMet30研磨 抛光机经200#、400#、800#、1200#砂纸粗抛光,,,,,,获得外貌粗糙度为3.5μm左右的样品。。。。。。。。为了去除外貌 残留的油污和杂质,,,,,,将样块放入丙酮中,,,,,,经超声洗濯机洗濯15min后凉风吹干,,,,,,以备实验使用。。。。。。。。如图1 所示,,,,,,实验中接纳的激光抛光实验平台由一连激光器(SP-2000,,,,,,SPILasers,,,,,,UK)、扫描振镜、气体腔室 、移动平台、盘算机控制系统等5个部分组成。。。。。。。。由光源发射的一连激光(波长λ=1064nm,,,,,,最大功率 P=2000W,,,,,,光束质量因子M<0.44)经由反射镜引入扫描振镜,,,,,,最终辐照到气体腔室内移动平台上的 Ti6Al4V钛合金样品外貌。。。。。。。。将腔室充入氩气,,,,,,使氧的含量坚持在0.1g/L以下,,,,,,避免样品在高温情形下爆发 氧化。。。。。。。。在整个激光抛光历程中,,,,,,通过盘算机控制系统可以对离焦距离、激光功率、扫描速率、移动平台举行 控制,,,,,,以弓字形扫描路径对Ti6Al4V钛合金外貌举行高精度抛光强化。。。。。。。。

为了评估差别工艺参数对Ti6Al4V钛合金样品外貌微观形貌和耐磨性的影响,,,,,,使用白光干预仪 (ContourGT-X,,,,,,Bruker,,,,,,Germany)和超景深显微镜(VHX-S650E,,,,,,Japan),,,,,,划分通过10倍、200倍物 镜对抛光前后外貌粗糙度、微观形貌及磨损体积举行表征,,,,,,选用白光干预仪中的NegativeVolume测试程 序可直接得出磨损体积的详细数值,,,,,,使用金相显微镜(WYJ-55XA,,,,,,China)在200、400、800倍镜头下对抛 光后样件外貌的微观组织举行视察。。。。。。。。接纳Rtec摩擦磨损实验机(MFT-5000,RtecInstruments,USA)在室 温条件下举行往复滑动磨损实验。。。。。。。。摩擦对偶质料为Si3N4陶瓷球(上海团结科技有限公司),,,,,,直径为6.35 mm,,,,,,显微硬度约为1700HV。。。。。。。。上下样品划分由专用夹具牢靠,,,,,,下样品在实验历程中坚持静止,,,,,,上样品在笔直 悬臂的驱动下沿直线往复滑动。。。。。。。。通过实验机软件可设定法向载荷、摩擦行程、频率和实验温度等参数。。。。。。。。摩擦 实验在干滑动条件下举行,,,,,,将情形温度控制在25℃,,,,,,加载力为10N,,,,,,频率为4Hz,,,,,,行程为4mm,,,,,,一连时 间为30min。。。。。。。。在每种实验条件下均使用新的Si3N4球举行3次重复测试实验,,,,,,在该历程中盘算时机实时记 录摩擦因数。。。。。。。。

为了清晰地展示激光抛光对Ti6Al4V钛合金样品外貌特征的改善效果,,,,,,本研究首先对经粗磨和粗抛光 后的Ti6Al4V钛合金样块外貌举行了微观形貌和性能评估。。。。。。。。如图2a所示,,,,,,超景深显微镜图像显示,,,,,,粗抛 光外貌保存疏散微坑特征,,,,,,微坑的直径在200μm左右,,,,,,特定区域微坑呈片状结构,,,,,,其长 度可达600μm。。。。。。。。三维形貌和5次随机测试点位粗糙度数值柱状图划分如图2b、c所示,,,,,,可知粗抛光外貌 不平整,,,,,,其最大高度差可达37μm,,,,,,其粗糙度漫衍在3.2~3.6μm之间。。。。。。。。粗抛光外貌摩擦因数测试曲线 及磨损三维图像如图2d所示,,,,,,可知摩擦因数的时间依赖性体现出显着的非线性特征,,,,,,尤其是在滑动初期,,,,,, 摩擦因数迅速上升,,,,,,随着滑动距离的增添逐渐趋于稳固,,,,,,最终稳固值为0.62。。。。。。。。
2、效果与讨论
2.1离焦量对抛光面摩擦磨损性能的影响
将激光功率密度(LaserPowerDensity)界说为激光束单位面积上的功率,,,,,,它主要取决于激光功率和 光斑直径。。。。。。。。激光功率密度对抛光区域质料的熔融速率及最后的抛光质量有着很是直接的影响,,,,,,是激光加工关 键参数之一。。。。。。。。离焦量形貌了激光焦点相关于目的质料外貌的位置,,,,,,如图3所示。。。。。。。。

其中,,,,,,零离焦代表焦点精 准落在外貌,,,,,,负值体现焦点高于外貌,,,,,,而正值指焦点位于外貌以下。。。。。。。。正离焦量绝对值的增大会导致样品外貌 光斑直径的增大,,,,,,其关系见式(1)。。。。。。。。

式中:D为光斑直径;;;;;;;D0为腰斑直径;;;;;;;z为离焦量;;;;;;;zR为瑞利长度,,,,,,zR=πD0/4?;;;;;;;λ为激光波长 [24]。。。。。。。。
在思量高功率负离焦条件下,,,,,,光束路径中焦点位置处爆发空气电离,,,,,,将突破光斑预期能量匀称漫衍,,,,,,影 响质料外貌能量沉积和加工效果。。。。。。。。本实验仅接纳差别正离焦,,,,,,探讨它对抛光面摩擦磨损性能的影响。。。。。。。。
在差别正离焦距离下,,,,,,Ti6Al4V钛合金经激光抛光强化后的微观形貌及其摩擦磨损性能的转变如图4所 示。。。。。。。。此时,,,,,,一连激光功率P=25W,,,,,,激光移动速率v=1000mm/s,,,,,,弓字形距离d=0.04mm,,,,,,正离焦距离z分 别为0、2、4、6mm。。。。。。。。如图4a、b所示,,,,,,在离焦距离为0mm时,,,,,,样品外貌显着展现出扫描轨迹和由激光 与质料相互作用形成的微纳结构复合外貌。。。。。。。。随着离焦距离的增添,,,,,,差别样品外貌的扫描轨迹逐渐镌汰。。。。。。。。在 z=6mm时,,,,,,外貌主要被微纳结构笼罩。。。。。。。。图4c的数据显示,,,,,,响应的外貌粗糙度划分为0.78、0.51、0.63、 0.70μm,,,,,,批注在z=2mm的离焦距离下,,,,,,样品外貌粗糙度最低,,,,,,相较于原始外貌,,,,,,其外貌粗糙度降低了约 84%。。。。。。。。摩擦因数随时间转变的趋势如图4d所示,,,,,,对应的Ti6Al4V钛合金的平均摩擦因数划分为0.5144、 0.4948、0.5017、0.5074,,,,,,相较于原始外貌的摩擦因数降低了约16%。。。。。。。。进一步的磨损体积测试效果同样 泛起先减小后增添的趋势,,,,,,如图4e、f所示。。。。。。。。

离焦实验批注,,,,,,在z=2mm时,,,,,,激光抛光面粗糙度和摩擦因数最小,,,,,,且外貌磨损体积最低。。。。。。。。在思量激光 抛光强化历程中,,,,,,毛细管力和热毛细管力[25]划分对熔池外貌的平滑化及熔体流动爆发了主要影响。。。。。。。。在较低 的离焦距离下,,,,,,高功率密度的激光促使质料向熔池两侧流动,,,,,,形成下场部凸起,,,,,,这种凸起使得抛光外貌的微 观结构变得松散且不匀称,,,,,,从而降低了外貌硬度、耐磨性。。。。。。。。相反,,,,,,在适度的离焦距离下,,,,,,激光功率密度更为 匀称,,,,,,镌汰了凸起的形成,,,,,,因而提升了抛光和磨损性能。。。。。。。。进一步增大离焦距离时,,,,,,激光功率密度一直减小,,,,,, 重叠区域的外貌质料吸收的激光能量缺乏以实现充分熔化[26],,,,,,熔池形成不完全,,,,,,这可能会在质料外貌形成 不规则结构或未充分融化的颗粒和毛刺,,,,,,从而使外貌粗糙度增大及摩擦磨损性能变差。。。。。。。。

在差别离焦距离下,,,,,,Ti6Al4V钛合金经激光抛光强化后的微观组织如图5所示。。。。。。。。Ti6Al4V钛合金样件 外貌在吸收了激光辐照的能量后,,,,,,均爆发了差别水平的马氏体相变,,,,,,在抛光区爆发了细针状的α′马氏体 ,,,,,,响应的抛光区厚度划分约为55、53、49、47μm。。。。。。。。在离焦距离为0mm时,,,,,,表层质料在高功率密度的激 光作用下吸收了大宗热量,,,,,,样品表层抛光区组织转变最显着,,,,,,马氏体结构松散且不匀称,,,,,,抛光区域泛起了较 为强烈的晶粒细化效应。。。。。。。。当离焦距离增至2mm时,,,,,,激光功率密度更为匀称,,,,,,此时的抛光区域保存了适度的 晶粒细化效应,,,,,,且马氏体结构变得匀称、致密,,,,,,因而在宏观上提升了抛光和磨损性能。。。。。。。。进一步增大离焦距离 ,,,,,,激光功率密度一直减小,,,,,,表层质料吸收的激光能量缺乏,,,,,,抛光区厚度逐渐减小,,,,,,马氏体相变和晶粒细化也 随之削弱。。。。。。。。值得注重的是,,,,,,在差别激光作用条件下,,,,,,外貌熔池深度和抛光区域厚度未爆发显著改变,,,,,,即摩擦 球举行摩擦时面临的抛光区改性层的微观组织无显着差别,,,,,,这也是差别参数下抛光面摩擦因数未爆发较大变 化的缘故原由。。。。。。。。
2.2激光功率对抛光面摩擦磨损性能的影响
在差别激光功率条件下,,,,,,Ti6Al4V钛合金经激光抛光强化后的微观形貌及其摩擦磨损性能的转变如图6 所示。。。。。。。。实验参数设置:离焦距离z=2mm,,,,,,扫描速率v=900mm/s,,,,,,扫描间距d=0.035mm,,,,,,激光功率P划分 为20、30、40、50W。。。。。。。。如图6a、b所示,,,,,,激光加工样品外貌呈扫描轨迹和由激光与质料相互作用形成的 微纳结构复合形貌,,,,,,仅在功率P=30W时,,,,,,复合结构形貌外貌毛刺显着镌汰。。。。。。。。如图6c所示,,,,,,响应的外貌粗 糙度划分为0.67、0.47、0.56、0.61。。。。。。。。从图6d、e可知,,,,,,平均摩擦因数为0.523、0.492、0.515、0.517 ,,,,,,磨损体积为0.178、0.140、0.160、0.165mm3。。。。。。。。

显然,,,,,,经由激光参数优化,,,,,,相较于离焦距离实验效果,,,,,,经差别功率处置惩罚后Ti6Al4V钛合金外貌粗糙度 均呈小幅下降,,,,,,然而平均摩擦因数与磨损率未显著降低。。。。。。。。实验中,,,,,,激光功率决议了激光与质料相互作用时的 能量输入,,,,,,影响熔化、凝固历程及最终形成的微观结构和外貌形貌,,,,,,对证料外貌粗糙度具有显著影响。。。。。。。。在低 激光功率下,,,,,,激光能量密度较低,,,,,,能量输入缺乏以彻底熔化质料外貌,,,,,,可能导致外貌处置惩罚不匀称,,,,,,且无法有 效去除外貌缺陷,,,,,,外貌爆发了大宗毛刺,,,,,,如图6a所示。。。。。。。。随着激光功率的增添,,,,,,较大毛刺消逝,,,,,,激光熔痕表 面趋近平滑,,,,,,进一步提高激光功率会导致较大规模的质料熔化。。。。。。。。此时激光能量密度凌驾了外貌熔融的适度区 间,,,,,,熔池内部温差增添,,,,,,熔池运动强烈,,,,,,经冷凝后质料外貌粗糙度提升。。。。。。。。
在差别激光功率下,,,,,,Ti6Al4V钛合金经激光抛光强化后的微观组织如图7所示,,,,,,响应的抛光区厚度分 别约为46、48、51、54μm。。。。。。。。在低激光功率下,,,,,,激光能量密度较低,,,,,,热输入缺乏以使外貌组织结构不匀称 ,,,,,,抛光区厚度较小,,,,,,且晶粒细化不完全。。。。。。。。随着激光功率的增添,,,,,,激光能量密度逐渐增大,,,,,,熔痕外貌趋近平滑 ,,,,,,微观结构变得匀称,,,,,,致密度提升,,,,,,且爆发了适度的晶粒细化效应。。。。。。。。进一步提升激光功率后,,,,,,激光能量密度 凌驾了外貌熔融的适度区间,,,,,,抛光区厚度逐渐增大,,,,,,组织转变和晶粒细化效应也趋于强烈,,,,,,在宏观上,,,,,,质料 的外貌粗糙度增大,,,,,,磨损性能削弱。。。。。。。。

2.3扫描速率对抛光面摩擦磨损性能的影响
为了进一步探讨扫描速率对激光抛光强化效果的影响,,,,,,坚持离焦距离z=2mm、激光功率P=30W、扫描 间距d=0.035mm,,,,,,将扫描速率划分设置为800、1000、1200、1400mm/s举行实验,,,,,,其显微结构形貌和 摩擦磨损性能测试效果如图8所示。。。。。。。。由图8a、b可知,,,,,,随着激光扫描速率的提升,,,,,,单位面积样品与激光相 互作用时间缩短,,,,,,激光与样品相互作用强度削弱,,,,,,样品外貌由熔痕微纳复合结构逐渐转变为弯曲微纳米结构 。。。。。。。。如图8c所示,,,,,,通过白光干展望得外貌粗糙度划分为0.524、0.412、0.585、0.625,,,,,,较上述实验抛光强 化效果进一步提升,,,,,,其最优速率为1000mm/s。。。。。。。。别的,,,,,,测得平均摩擦因数划分为0.498、0.494、0.513、 0.532,,,,,,磨损体积划分为0.151、0.140、0.167、0.175mm3,,,,,,如图8d、e所示,,,,,,所有摩擦磨损效果 与功率、离焦实验效果一致。。。。。。。。

2.4效果剖析与讨论
为了明晰激光抛光强化对外貌粗糙度和摩擦磨损性能的影响,,,,,,进一步探讨了激光与Ti6Al4V钛合金相 互作用机制。。。。。。。。如图9所示,,,,,,激光辐照导致质料外貌迅速吸收能量,,,,,,温度激增至熔点以上,,,,,,形成局部熔池。。。。。。。。

Ti6Al4V钛合金的外貌张力温度系数为负,,,,,,意味着在温度较高区域其外貌张力较低,,,,,,导致熔融金属从高 温区域向较冷区域流动,,,,,,热毛细效应[27]指导熔融金属从凸起向凹陷移动,,,,,,有用填充低洼处,,,,,,经凝固形成平 滑重熔层后,,,,,,实现了样品外貌粗糙度的降低。。。。。。。。实验中接纳高斯光束,,,,,,激光光斑能量密度中心高、边沿低,,,,,,随 着离焦距离的增添,,,,,,光斑面积逐渐增大,,,,,,激光功率密度逐渐降低,,,,,,光斑中心与边沿的能量差即质料融化后的 温度梯度大幅降低。。。。。。。。当抵达适当的离焦距离(z=2mm)时,,,,,,温差小,,,,,,熔池稳固,,,,,,外貌抛光效果最佳。。。。。。。。
当离焦量较小时,,,,,,激光功率密度较高,,,,,,熔池温度较高,,,,,,熔池与边沿温差较大,,,,,,熔融液体由中心向两侧剧 烈移动,,,,,,从而形成了大熔痕,,,,,,粗糙度较高。。。。。。。。当离焦距离较大时,,,,,,激光功率密度降低,,,,,,质料熔化不充分,,,,,,外貌 抛光效果不佳。。。。。。。。同理,,,,,,当牢靠离焦距离、调控激光功率时,,,,,,光斑不改变,,,,,,激光功率密度会随着功率的提升而 增添。。。。。。。。在功率为30W时,,,,,,激光熔池稳固,,,,,,抛光效果好。。。。。。。。别的,,,,,,激光扫描速率决议单位面积、单位时间吸收 的激光能量,,,,,,即激光扫描速率的调理现实上是通过时间维度去调控样品外貌能量密度漫衍,,,,,,以获得最优、稳 定的熔池。。。。。。。。通过激光抛光强化Ti6Al4V钛合金,,,,,,获得最优外貌粗糙度为0.412μm,,,,,,相较于原始外貌降低了 87%。。。。。。。。
为了进一步探索激光抛光手艺对Ti6Al4V钛合金合金质料外貌摩擦磨损性能的影响,,,,,,本研究接纳金相 显微镜深入剖析了最优激光抛光条件下处置惩罚的样品,,,,,,重点视察了从抛光外貌到基体的截面微观组织结构转变 情形。。。。。。。。如图10所示,,,,,,批注激光抛光区域、热影响区与原始基体的微观组织之间显着保存差别。。。。。。。。在原始 Ti6Al4V钛合金基体中,,,,,,结构主要由大尺寸的α相、β相晶粒组成[28],,,,,,经由激光抛光后,,,,,,在抛光区域观 察到最高达51μm规模内的晶粒细化,,,,,,进一步过渡到热影响区,,,,,,显示了晶粒尺寸的渐变过渡。。。。。。。。与原始 Ti6Al4V钛合金晶格结构相比,,,,,,通过激光抛光获得的细化晶粒结构体现出更高的硬度,,,,,,这是导致质料外貌摩 擦因数降低16%的要害。。。。。。。。比照激光功率、离焦量、扫描速率等参数的实验效果发明,,,,,,只管质料外貌粗糙度进 一步降低,,,,,,可是质料摩擦磨损性能仅在一定细小规模内波动,,,,,,缘故原由可能是激光参数精准控制能够有用调控表 面熔池运动状态,,,,,,实现激光抛光外貌粗糙度的降低,,,,,,可是外貌熔池深度与热影响区域厚度未爆发显著改变,,,,,, 即摩擦球举行摩擦时,,,,,,其面临的抛光区改性层质料硬度基本一致,,,,,,因此差别激光参数未对摩擦因数和磨损性 能爆发显著影响,,,,,,更深条理的缘故原由有待进一步剖析。。。。。。。。

3、结论
系统探讨了激光抛光对Ti6Al4V钛合金外貌磨损性能的影响,,,,,,实验验证了激光参数对证料外貌粗糙度 和摩擦磨损性能的显著改善作用,,,,,,得出以下结论。。。。。。。。
1)影响Ti6Al4V钛合金样品外貌抛光质量的因素包括激光功率、扫描速率和离焦量。。。。。。。。其中,,,,,,离焦量和 激光功率与激光功率密度息息相关,,,,,,而扫描速率主要改变辐照于表层光束的能量密度。。。。。。。。研究发明,,,,,,激光功率 密度是决议激光抛光强化的主要缘故原由。。。。。。。。
2)一连激光与Ti6Al4V钛合金相互作用的机制可概述为:激光辐照导致质料外貌迅速吸收能量,,,,,,温度 激增至熔点以上,,,,,,形成局部熔池。。。。。。。。Ti6Al4V钛合金的外貌张力温度系数为负,,,,,,意味着在温度较高区域其外貌 张力较低,,,,,,导致熔融金属从高温区域向较冷区域流动,,,,,,热毛细效应指导熔融金属从凸起向凹陷移动,,,,,,有用填 充低洼处,,,,,,经凝固形成平滑重熔层后,,,,,,实现了样品外貌粗糙度的降低。。。。。。。。
3)在最优激光抛光条件(z=2mm,,,,,,P=30W,,,,,,v=1000mm/s)下,,,,,,外貌粗糙度显著降至0.412μm,,,,,,降 幅约为87%,,,,,,摩擦因数降低了16%。。。。。。。。
4)通过激光抛光的晶粒细化和外貌平整化作用,,,,,,显著提升了Ti6Al4V钛合金的外貌耐磨性和抗摩擦性 能。。。。。。。。该研究对航空航天、生物医疗等领域中Ti6Al4V钛合金的应用性能优化具有主要意义。。。。。。。。
参考文献:
[1] 郭克星. 钛合金的制备和应用[J]. 热处置惩罚, 2023, 38(5): 8-12.
GUO K X. Fabrication and Applications of Titanium Alloy[J]. Heat Treatment, 2023, 38(5): 8-12.
[2] 郝海凌, 侯红玲, 吴浪, 等. 钛合金及其激光加工手艺的应用[J]. 激光杂志, 2022, 43(6): 1-8.
HAO H L, HOU H L, WU L, et al. Application of Titanium Alloy and Laser Processing Technology[J]. Laser Journal, 2022, 43(6): 1-8.
[3] LI J F, WEI Z Y, LU B H, et al. Research Progress of Titanium and Titanium Alloys Fabricated by Selective Laser Melting Technology[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(1): 011410.
[4] 战祥鑫, 熊良钊, 冯晨, 等. 3D 打印钛合金结构件铣削加工手艺[J]. 工具手艺, 2020, 54(8): 38-40.
ZHAN X X, XIONG L Z, FENG C, et al. Milling Technology of 3D Printed Titanium Alloy Structure[J]. Tool Engineering, 2020, 54(8): 38-40.
[5] 郑伟生. TC4 钛合金微磨削外貌质量影响因素研究[D]. 沈阳: 东北大学, 2013: 65-68.
ZHENG W S. Study on Influencing Factors of Surface Quality of TC4 Titanium Alloy in Microgrinding[D].Shenyang: Northeastern University, 2013: 65-68.
[6] 宋新华, 高红旺, 田正芳, 等. Ti6Al4V 钛合金切削加工的数值模拟[J]. 工具手艺, 2020, 54 (7): 40-43.
SONG X H, GAO H W, TIAN Z F, et al. Numerical Simulation of Titanium Alloy Ti6Al4V in Cutting Proce[J]. Tool Engineering, 2020, 54(7): 40-43.
[7] 刘港, 刘静, 杨峰, 等. 钛合金化学热处置惩罚研究希望[J]. 金属热处置惩罚, 2022, 47(8): 249-256.
LIU G, LIU J, YANG F, et al. Research Progress of Chemical Heat Treatment of Titanium Alloys[J]. Heat Treatment of Metals, 2022, 47(8): 249-256.
[8] 戴丹, 杨科, 叶辰, 等. 化学气相沉积石墨烯/铜合金制备与导电、耐磨性能研究[J]. 铜业工程, 2023(4): 78-84.
DAI D, YANG K, YE C, et al. Preparation, Conductivity and Wear Resistance of Graphene/Copper Alloy by ChemicalVapor Deposition[J]. Copper Engineering, 2023(4): 78-84.
[9] GARFIAS A, VAZ R, ALBALADEJO-FUENTES V, et al. Geometry and Microstructure Control of RemanufacturedMetallic Parts by Cold Spray Additive Manufacturing[J].Materials, 2023, 16(13): 4735.
[10] WEI D B, ZHANG P Z, YAO Z J, et al. Oxidation Behaviour of Plasma Surface Alloying on Ti6Al4V Alloy[J]. Surface Engineering, 2018, 34(1): 14-21.
[11] 王天宇, 孙红飞, 李九霄, 等. 激光外貌改性钛合金的摩擦磨损性能研究[J]. 细密成形工程, 2024, 16(1): 52-58.
WANG T Y, SUN H F, LI J X, et al. Frictional Wear Properties of Laser Surface Modified Titanium Alloys[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(1): 52-58.
[12] 陈慧, 宋婕, 仇安, 等. 镍钛合金激光外貌改性手艺研究希望[J]. 热加工工艺, 2023(5): 1-5.
CHEN H, SONG J, QIU A, et al. Advances in Laser Surface Modification of Nitinol Alloys[J]. Hot Working Technology, 2023(5): 1-5.
[13] GAO Q, LIU H, CHEN P J, et al. Multi-Objective Optimization for Laser Cladding Refractory MoNbTiZr High-Entropy Alloy Coating on Ti6Al4V[J]. Optics & Laser Technology, 2023, 161: 109220.
[14] 李真明, 李世林. 钛合金叶片激光熔覆涂层性能剖析[J]. 中国科技信息, 2024(3): 92-95.
LI Z M, LI S L. Performance Analysis of Laser Cladding Coating on Titanium Alloy Blades [J]. China Science and Technology Information, 2024(3): 92-95.
[15] 郭睿, 刘洋, 李峰光, 等. 工艺参数对 H13 钢激光合金化组织与硬度的影响[J]. 特种铸造及有 色合金, 2023, 43(9): 1217-1224.
GUO R, LIU Y, LI F G, et al. Effects of Process Parameters on Laser Alloying Microstructure and Hardness of H13 Steel[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2023, 43(9): 1217-1224.
[16] 田宪华, 杨晓东, 刘亚, 等. 激光熔覆涂层质料的研究现状[J]. 热加工工艺, 2024, 53(6): 1- 5.
TIAN X H, YANG X D, LIU Y, et al. Research Status of Laser Cladding Coating Materials[J]. Hot Working Technology,2024, 53(6): 1-5.
[17] 田永生. 钛合金外貌激光硼碳氮合金化层的组织结构与耐磨性能研究[D]. 济南: 山东大学, 2006: 73-76.
TIAN Y S. Study on Microstructure and Wear Resistance of Laser Boron, Carbon and Nitrogen Alloying Layer on Titanium Alloy Surface[D]. Jinan: Shandong University, 2006: 73-76.
[18] LIANG C, HU Y, LIU N, et al. Laser Polishing of Ti6Al4V Fabricated by Selective Laser Melting[J]. Metals, 2020, 10(2): 191.
[19] ZHOU J, LIAO C H, SHEN H, et al. Surface and Property Characterization of Laser Polished Ti6Al4V[J]. Surface and Coatings Technology, 2019, 380: 125016.
[20] 刘建, 刘俨后, 车科, 等. 一连激光抛光 Ti-6Al-4V 钛合金外貌形貌成形机理及试验研究[J]. 工具手艺, 2023, 57(8): 59-63.
LIU J, LIU Y H, CHE K, et al. Surface Morphology Forming Mechanism and Experimental Study of Continuous Laser Polished Ti-6Al-4V Titanium Alloy[J]. Tool Engineering, 2023, 57(8): 59- 63.
[21] MA C P, GUAN Y C, ZHOU W. Laser Polishing of Additive Manufactured Ti Alloys[J]. Optics and Lasers in Engineering, 2017, 93: 171-177.
[22] 杨奇彪, 王昊君, 黄易, 等. 纳秒激光抛光钛合金Ti6Al4V 作用机理的实验研究[J]. 光学手艺, 2019, 45(2): 245-250.
YANG Q B, WANG H J, HUANG Y, et al. Experimental Study on Nanosecond Laser Polishing of Ti6Al4V Alloy[J]. Optical Technique, 2019, 45(2): 245-250.
[23] 贺国阳, 王涛. 脉冲光纤激光抛光 TC4 合金的实验研究与抛光层微观形貌剖析[J]. 激光与红外, 2021, 51(6): 752-759.
HE G Y, WANG T. Experimental Research on Pulsed Fiber Laser Polishing TC4 Alloy and Analysis of Polishing Layer’s Micromorphology[J]. Laser & Infrared, 2021, 51(6): 752-759.
[24] 车科, 刘俨后, 秦继鹏, 等. 一连激光抛光 9CrWMn 模具钢工艺参数研究[J]. 工具手艺, 2022, 56(8): 25-29.
CHE K, LIU Y H, QIN J P, et al. Research on Process Parameters of Continuous Laser Polishing of 9CrWMn Mould Steel[J]. Tool Engineering, 2022, 56(8): 25-29.
[25] XU J L, ZOU P, KANG D, et al. Theoretical and Experimental Study of Bulge Formation in Laser Polishing of 304 Stainless Steel[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2021, 66: 39-52.
[26] 黄旭东, 王涛, 胡少武, 等. 基于正交试验和响应面法的激光抛光参数优化[J]. 激光与光电子学 希望, 2022, 59(11): 316-325.
HUANG X D, WANG T, HU S W, et al. Parameter Optimization of Laser Polishing Based on Orthogonal Experiment and Response Surface Method[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2022, 59(11): 316-325.
[27] VADALI M, MA C, DUFFIE N A, et al. Pulsed Laser Micro Polishing: Surface Prediction Model[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2012, 14(3): 307-315.
[28] ZHOU J, SHEN H, LIN Y W, et al. Microstructural Evolution during Multiple Scans in Laser Polishing of Ti6Al4V[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2022, 75: 1202-1216.


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