钛及钛合金的激光表面改性研究现状
钛合金增材制造技术研究现状及发展趋势
钛合金增材制造技术研究现状及发展趋势摘要：增材制造技术成型原理是通过计算机中生成部件的三维CAD模型，根据模型的尺寸数据采用激光、电弧等热源将原材料逐层堆积起来形成立体部件的技术，该技术的优点是工艺简单、生产成本低、适用范围广。
为抢占该技术的战略制高点，美国、欧盟、日本等国家相继出台相关政策扶持，有效促进了该技术的向前发展，中国、俄罗斯、新加坡等国也紧随其后，成立相关研究机构。
文中简要介绍了增材制造技术国内外发展团队及领头企业，综述了钛合金增材制造技术的发展现状，重点从钛合金成型工艺的优势及不足等方面分析研究了新进展，探讨了钛合金增材制造技术所面临的不足以及未来发展方向。
一、增材制造行业发展现状1.1 国外发展概况为抢占增材制造这一技术及产业发展的战略制高点，美国、日本、欧盟等主要国家和地区纷纷将增材制造列为未来优先发展方向，制定了发展规划及扶持政策。
美国增材制造研究所是该国制造业创新驱动下的第 1家研究所；德国、英国、澳大利亚、韩国等在各自的科技战略中，不约而同将增材制造作为突破的技术方向之一，有的还出台了相关的技术发展路线图；俄罗斯和新加坡等通过发布研究计划，支持包括增材制造在内的新型制造技术的发展。
1.2 国内发展现状我国增材制造起步于上个世纪90年代，代表性研究机构主要有西安交通大学、北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大学等，在国家和地方政府的支持下，在21世纪初期，部分科研院所就已初步实现了产业化，取得重大进展。
随后国内许多高校和研究机构也开展了相关研究，到2000 年初步实现了设备产业化，并接近国外产品水平，改变了该类设备早期依赖进口的局面。
在国家和地方的支持下，全国建立了20 多个服务中心，设备用户遍布医疗、航空航天、汽车、军工、模具、电子电器、造船等行业，推动了我国制造技术的发展。
但是，我国3D 打印技术主要应用在工业领域，没有在消费品领域形成市场；在产业化技术发展和应用方面落后于美国和欧洲；在技术研发方面，我国增材制造装备的部分技术水平与国外先进水平相当，但在关键器件、成形材料、智能化控制和应用范围等方面较为落后。
钛合金的表面改性技术.
层裂纹。超声波在熔池中的空化及搅拌作用能使熔池各
处温度均匀化，改善了熔池的凝固状态，减少了残余热 应力和开裂敏感性。
总结和展望
激光表面改性是一项钛合金表面处理的理想技术，现已
引起各国的高度重视，特别是钛合金在军事及航空航天 以及汽车、医疗等领域的广泛用途，使得该领域的研发
钛合金
钛合金密度小，比强度高，具有良好的耐蚀性
、疲劳抗力，广泛应用于航空航天、国防、汽 车、医疗等领域。然而，钛合金摩擦系数高、 对粘着磨损和微动磨损非常敏感、耐磨性差及 高温抗氧化性差等缺点，制约了它的应用。
有效的解决途径-表面改性：激光熔覆、激光合
金化和激光熔凝技术
激光熔覆
激光熔覆又称激光涂覆或激光熔敷，是一种新型的材料加工和表面改性技术，其实
质是将具有Leabharlann 殊性能(如耐磨、耐蚀、抗氧化等)的粉末先喷涂在金属表面上或同激 光束同步送粉，然后使其在激光束作用下迅速熔化、扩展及快速凝固，在基材表面 上形成无裂纹、无气孔的冶金结合层的一种表面改性技术。
• 经过激光重熔处理后，陶瓷涂 层颗粒细化，片层状组织得以 消失，致密性提高，硬度、耐 磨性和抗冲蚀性能明显提高。
工作倍受关注。
与国外钛合金激光表面改性技术的研究相比，国内有关
的理论和实验研究起步较晚，实际应用还较少，在装备
、工艺、材料和基础研究等方面都存在较大的差距。为 进一步扩大钛合金应用的发展，亟需开展钛合金激光表
面改性技术研究。
激光改性过程中裂纹产生机理
钛合金激光表面改性是快速熔化和凝固的冶金过程，在
激光处理过程中存在复杂的传热、传质、对流、扩散、 相变等物理和化学现象。
国内外钛合金研究的发展现状及趋势
国内外钛合金研究的发展现状及趋势
近年来，钛合金作为一种新型材料，广泛应用于航空、航天、海洋、化工、医疗等领域。
本文将介绍国内外钛合金研究的发展现状及
趋势：
一、国内钛合金研究现状
国内钛合金研究起步较晚，但近年来快速发展。
在技术上已经取得了
一定的成果，研究重点集中在钛合金的制备、改性和应用等方面。
其中，还包括正交实验和贝叶斯优化等。
二、国外钛合金研究现状
国外钛合金研究历史较长，先进的加工技术和分析设备更加完善。
目前，美国、德国、日本等国家的研究机构对钛合金金属材料进行了广
泛的研究，尤其是对高强度、高温和腐蚀性能的提升等方面做出了许
多突破性进展。
三、国内外钛合金研究的发展趋势
（1）材料制备技术的提高。
采用精细制备技术的方法进行钛合金材料
的制备，降低金属内在缺陷，提高材料的物理和化学性能。
（2）材料改性研究的深化。
开展形变机制、晶粒细化和快速凝固等方
面的研究，进一步提高钛合金材料的力学性能和耐腐蚀性能。
（3）纳米级钛合金的研究。
通过纳米级的制备方法对钛合金进行研究，有望发现新的物理和化学特性，促进钛合金材料的发展。
（4）电化学合成技术的发展。
利用新型氟化剂、阴离子表面改性剂、
稀土元素等对合成过程进行优化，提高电化学合成钛合金的效率和成
本效益。
综上所述，钛合金作为一种重要的先进材料，在国内外都受到了
广泛的关注和研究，未来也有着广阔的发展前景。
钛合金的研究与开
发的不断深入，必将在航空、航天、海洋等高端应用方面发挥出更大
的作用。
国内外钛合金研究的发展现状及趋势
国内外钛合金研究的发展现状及趋势钛合金作为一种重要的结构材料，具有低密度、高强度、良好的耐腐蚀性和优异的高温性能等特点，因此在航空航天、汽车制造、医疗器械和能源领域等众多领域有着广泛的应用。
随着技术的进步和需求的增加，钛合金研究正不断取得新的突破，呈现出以下发展现状和趋势。
一、国内外钛合金研究的发展现状1.1 国内发展现状我国钛合金研究始于20世纪50年代末，经过几十年的发展，已经取得了显著成果。
目前，我国已经建立了一批具有国际领先水平的钛合金研发和生产基地，如中国航空工业集团公司、中国船舶重工集团公司等。
同时，我国还建立了完善的钛合金材料标准体系和质量监测体系，提高了钛合金材料的质量和可靠性。
1.2 国外发展现状国外钛合金研究起步较早，已经形成了较为完善的产业体系。
美国、俄罗斯、日本和欧洲等国家和地区在钛合金研究和应用方面具有很强的实力。
这些国家和地区在钛合金材料制备、加工和应用等方面积累了丰富的经验，并取得了一系列重要的科研成果。
二、国内外钛合金研究的发展趋势2.1 新材料的研发随着科技的进步，越来越多的新材料被应用于钛合金领域。
例如，纳米材料、复合材料和多功能材料等，这些材料具有更好的性能和更广泛的应用前景。
因此，未来的钛合金研究将更加注重新材料的研发，以提高钛合金的性能和应用范围。
2.2 制备技术的创新钛合金的制备技术是钛合金研究的重要方向之一。
当前，粉末冶金、熔体冶金和快速凝固等制备技术已经取得了一定的成果。
未来，钛合金研究将更加注重制备技术的创新，以提高钛合金的制备效率和质量。
2.3 加工技术的改进钛合金的加工技术对于提高钛合金的应用性能至关重要。
目前，锻造、轧制、拉伸和挤压等加工技术已经得到广泛应用。
未来，钛合金研究将更加注重加工技术的改进，以提高钛合金的加工性能和产品质量。
2.4 应用领域的拓展随着技术的发展和需求的增加，钛合金在航空航天、汽车制造和医疗器械等领域的应用将越来越广泛。
国内外钛合金研究的发展现状及趋势-赵永庆
国内外钛合金研究的发展现状及趋势-赵永庆
1.编写说明
本文旨在探讨国内外钛合金的研究发展现状及趋势，本文共分为四个
部分：第一部分主要介绍钛合金的性质及其应用，第二部分着重介绍国内
外钛合金研究的发展历史，第三部分阐述钛合金研究发展的现状，第四部
分分析钛合金研究发展的趋势。
2.正文
2.1钛合金的性质及其应用
钛合金是一种金属及其合金，它属于金属材料的二分之一、钛合金具
有良好的耐腐蚀性、高强度、轻重量、耐高温等特性。
耐腐蚀性可以抵抗
空气、海水、臭氧和硝酸的腐蚀，具有高强度和刚度，抗拉强度可达
400MPa，断裂伸长率可达25%，根据其物理性质和力学性能的不同，钛合
金可以分为钛碳合金、钛锆合金、钛硅合金、钛磷合金、钛钒合金、钛铬
合金等，从其应用看，钛合金可以用于制造航空发动机部件、军用器械及
其枪管、船舶、石油化工、原子能工业等。
2.2国内外钛合金研究的发展历史
20世纪初，钛合金研究得到了大量的关注，美国航空航天局（NASA）和美国空军（USAF）等机构开展钛合金的研究，研究内容涉及多种基本性质，如塑性变形、组织结构、力学性能、腐蚀性能等。
在新中国成立后，
中国也积极发展钛合金研究。
钛合金表面激光熔覆改性技术
钛合金的磨损机理为塑性变形，显微切削 熔覆层的磨损机理为疲劳磨损和磨粒磨损
20℃下磨损形貌，左边基材，右边熔覆层
7
提高抗氧化性能——激光熔覆TiVCrAlSi高熵合金涂层
高熵合金：具有5种或者5种以上合金元素以等摩尔
比或近等摩尔比混合形成的固溶体合金。具有很好 的力学性能，耐磨耐蚀性能和高温性能。 希望用激光熔覆的方法在钛合金表面制备高熵 合金涂层来提高其高温抗氧化性能。
用细胞培养实验（MTT）测试表面的生物 相容性。 490 nm波长吸收光度可以测量表面的细胞 数量 随着时间延长，细胞数目都是增加的，但 是HA涂层的细胞数量多于钛合金表面。
钛合金表面细胞成梭型，细胞聚集在一起， 较少铺展开；HA表面的细胞铺展开来并相 互联结。可以看出HA表面的生物相容性较 钛合金更好
3
钛合金在应用中存在的一些问题
耐磨性能 钛合金具有比强度高、耐蚀性能好等优点，是航天、航空、汽车、 船舶和化工等部门中广泛使用的结构材料。但是，由于钛合金硬度较 低（约360HV），用在摩擦部位时，易产生磨损而失效，这就阻碍了钛 合金的广泛使用，限制了它在运动构件上的应用。 耐蚀性能和抗氧化性能 Ti是一种很活泼的金属，在常温下钛合金表面会有一层致密的氧化 膜起到保护的作用，但是在高温下，氧化膜会失去保护的作用，导致 钛合金构件因为氧化腐蚀而失效。 生物相容性 钛合金具有较好的生物组织相容性和很高的比强度, 是制备人工骨骼 比较理想的材料。但是纯Ti的机械强度较低，也不耐磨，为了提高Ti的 机械性能，常添加Al、V、Mo、Zr、Nb等元素形成合金，但这是以牺牲 其生物相容性为代价的。这些合金元素会缓慢的释放，对人体造成影 响。
13
参考文献
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国内外金属材料表面改性技术研究综述
国内外金属材料表面改性技术研究综述金属材料表面改性技术作为一种重要的工艺手段，其研究具有重要意义。
通过改变金属表面性质，可以改善金属材料的性能，提升其耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等性能，从而满足不同领域的需求。
本文将综述国内外金属材料表面改性技术的研究进展和应用现状。
一、电化学处理电化学处理是通过电化学反应改变金属表面性质的一种方法。
常用的方法有阳极氧化、阴极沉积、电镀、阳极电析等。
电化学处理可以使金属表面形成氧化层、硫化层等，从而提升材料的耐腐蚀性和抗氧化性能。
此外，还可以通过改变电解质的成分和电解液的温度、浓度等条件，调节氧化层的厚度和形貌，从而影响材料的摩擦学、耐磨性等性能。
电化学处理技术在航空、汽车、机械等领域得到广泛应用。
二、化学处理化学处理是通过将金属材料浸泡在化学反应溶液中，改变金属表面性质的方法。
常用的方法有化学改性、盐酸漂白、酸洗、钝化等。
其中，化学改性是将金属表面化学改性剂溶液中进行浸泡处理，使金属表面形成纳米级别的氧化物膜或氮化物膜，从而提升其硬度和耐磨性能。
酸洗是将材料放入强酸中进行腐蚀处理，除去表面的氧化层和污物，从而提升金属表面的清洁度。
三、激光技术激光技术是通过激光器对金属表面进行定向加热、熔化、剥落等加工处理，从而改变金属表面的物理性质和化学性质。
常用的方法有激光熔覆、激光喷涂、激光刻蚀等。
激光熔覆是将金属粉末熔化成液态，在金属表面形成保护涂层，提升材料的耐磨性和耐腐蚀性。
激光喷涂是将涂料喷射到金属表面形成涂层，提升材料的耐热性、耐蚀性和耐磨性。
激光刻蚀是利用激光束照射金属表面，腐蚀掉部分金属表面，从而形成图案或文字。
四、等离子喷涂技术等离子喷涂技术是通过等离子体喷涂技术对金属表面进行改性处理的方法。
通过将金属材料加热至高温状态，在高温条件下，喷射等离子体进行表面改性处理。
等离子喷涂技术可以形成高强度、高密度的涂层，提升材料的抗磨性、耐蚀性和耐高温性。
此外，等离子喷涂技术还可以在金属表面涂覆碳纤维等复合材料，从而提升材料的强度和刚度。
钛合金表面激光熔覆技术的研究进展郭华
钛合金表面激光熔覆技术的研究进展郭华摘要：就现阶段钛合金表面激光熔覆研究现状进行了综述，包括激光熔覆材料的研究进展和影响熔覆层质量与性能的因素，并展望了激光熔覆技术的发展前景及方向。
关键词：钛合金;激光熔覆;材料体系;影响因素引言工业纯钛及其合金因强度高、生物相容性好而应用广泛，但其表面硬度低、摩擦因数大、耐磨性差、抗高温氧化和耐腐蚀性差限制了其应用。
尽管TC４合金相比于纯钛力学性能有所提高，但植入人体后咬合摩擦过程容易发生严重磨损，合金中的V5＋和AL3＋离子进入人体并引起疾玻激光熔覆技术是钛合金发展最快的表面改性技术。
激光熔覆技术具有冷却速度快（105-108℃／ｓ）、加热速度快、冶金结合好、熔覆层组织致密且可控等优点。
此外，激光熔覆技术还具有如下特点：残余应力低、裂纹少、涂层组织微细致密、微观缺陷小；选择较宽范围的合金材料以获得与基体冶金结合的涂层，并且改性层不容易剥落；涂层可通过激光束的各类参数进行控制，且激光对基体影响小；局部加热以减少热损及变形；自动化生产并精确控制粉末材料的量和改性层的厚度；热循环小，熔覆层稀释率很低。
1激光熔覆材料选择1.1自熔性合金自熔性合金在激光熔覆过程中具有脱氧和造渣的功能。
如B和Sｉ被氧化成B２O２、SｉO２，又在熔池表面与合金中元素氧化物形成硼硅酸盐熔渣，在熔覆层表面形成抗氧化薄膜，而且改善涂层对钛合金基体的润湿能力，获得具有低稀释率、低孔隙率、较少杂质和良好冶金结合的致密涂层，常用的有Nｉ基、Cｏ基和Fｅ基３类。
Nｉ基自熔性粉末主要由NiBSi和NiCｒBSi组成，后者应用更广泛，其综合性能良好、工艺性能优异。
研究了NiCoCr－ALY和NiCｒBSi涂层后发现，二者均能产生细晶强化、固溶强化效应，另外，NiCｒBSi涂层中存在TiB２、TiC和CrB等高硬度第二相强化相，提高钛合金的硬度及耐磨性，两种涂层硬度（HV）为基体硬度的３倍。
Co基合金因熔点低、自熔性好、耐热、耐磨、抗氧化和耐蚀而应用广泛，但其成本较高，限制了其使用。
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作用和表面张力等物理现象，使材料表面仅在很短
时间（５０斗ｓ一２ ｍｓ）内就形成了具有要求深度和化 学成分的表面合金化层。这种合金化层因具有高于
基材的某些性能，所以可达到表面改性处理的目
的。根据外加合金元素的状态，钛及钛合金激光表面
合金化分为激光气体氮化和激光表面粉末合金化
两种。
｝
１．１．１激光气体氮化
激光表面固体粉末合金化是采用激光将待处 理材料表面加热．基材与外加合金元素粉末一起熔 化混合，形成熔池，随后迅速凝同，在基材表面形成 新的合金层。钛及钛合金激光固体粉末合金化添加 粉末种类较多，添加方式主要有同步送粉法和预置 涂层法，一般大多采用涂刷、火焰及等离子喷涂等 预置涂层的方法。目前，在激光表面同体粉末合金 化时，添加到基体上的合金成分依据表面合金化层 组织可分为三大类：
ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｉｔａｎｉｕｍ；ｌａｓｅｒ；ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
０前言
钛及钛合金是２０世纪５０年代发展起来的一 种重要的金属材料，其主要特点是比强度高、耐腐 蚀、中低温性能好，同时还具有超导、记忆、储氢等 特殊性能，因而在航空、化Ｔ、电力、医疗等领域获 得日益广泛的应用，而且作为尖端科学技术材料，将 具有强大的生命力川。但是钛及钛合金表面硬度低， 在滑动摩擦条件下摩擦力学性能差，特别是摩擦和 磨损抗力相当低，严重限制了其应用范围翻。
况缸锄鳜Ｚ茹垆篇ｚＺ；．一 ·８５·
专置讨论
重晖拽
第４０卷
１．１激光表面合金化
激光表面合金化是指在高能量激光束的照射 下，使基体材料表面一薄层与根据需要加入的合金
元素同时快速熔化、混合。形成厚度为１０－１ ０００“ｍ 的表面熔化层，由于熔化层在凝同时获得的冷却速
度可达１０５～１０８℃／ｓ，另外熔化层液体内存在扩散
万方数据
热稳定性和耐烧蚀性能，同时还具有高的弹性模量 （４４０ ＧＰａ）、硬度（常温下３ ２００ ＨＶ）和耐磨性，已用于 硬质合金材料。近年来，随着复合材料的发展，ＴｉＣ颗 粒作为增强体被广泛应用于增强金属复合材料和 陶瓷复合材料。Ｃｏｕｒａｎｔ等人１１７１用预涂Ｔｉ粉＋碳粉的 方法，进行纯钛表面的激光碳化，碳化后试样的摩 擦系数从０．６降到了０．４以下，耐磨性能明显提高。 对ＢＴ９钛合金进行激光碳合金化，在表面获得了树 枝状ＴｉＣ组织，涂层硬度明显提高（１８１。Ｃｈｅｎｔ２２］和田永了研究，发现在最初的结晶阶段，ＴｉＣ 的生长机理为粗糙界面的连续生长模式，而在凝固 后期则为光滑界面的侧向生长模式。ＳＥＭ分析结果 表明：合金化层中ＴｉＣ组织具有发达树枝状、胞枝 状、十字花瓣状和球状等形貌，如图３所示嗡。不同形
钛合金的强化提供了一条新的途径。激光表面改性 技术克服了上述多数表面改性技术的不足，可获得 硬度高、摩擦系数小、耐磨、耐蚀和耐高温性能优异 的表面改性层，且涂层与基体之间为结合强度很高 的冶金结合，显著延长了钛合金构件的使用寿命。
１ 钛及钛合金激光表面改性研究
钛及钛合金表面的激光表面改性技术是目前 国内外材料领域的研究热点之一。虽然对其他金属 表面改性技术的研究已有多年的历史，但对钛及钛合 金表面的激光表面改性技术是最近几年才发展起来 的。钛及钛合金的激光表面改性技术大致可分为激 光表面合金化法、激光熔覆法和激光表面重熔法。
从事材料表面改性与强化的研究工作。
万方数据
理、表面合金化和表面涂层等技术，取得了较好的 效果。但多数传统表面化学热处理方法存在加热温 度比较高、热处理周期长、渗层薄、组织控制困难、 易引起工件变形和晶粒粗大、与基体结合力差、容易
开裂或剥落等弱点和不足。激光表面改性技术为钛及 孥一．、盈题讨论ｌ｜激光焊接切割及激光焊缝跟踪
在纯氮气气氛下对删合金和ＴＣ９钛合金进行
激光表面氮化，获得了以树枝状氮化钛为增强相的 耐磨复合材料改性层，涂层硬度１ ０００—１ ６００ ＨＶｌｌＯ－Ｕｌ。 采用５ ｋＷ的Ｃ０２连续激光、Ａｒ＋Ｎ２混合气体进行 操作，然后研究Ｔｉ一６Ａ１．４Ｖ的激光氮化层的组织和 耐磨性能，发现激光氮化层的硬度和耐磨损性能显 著提高，但激光氮化后的疲劳极限下降很多，并认 为主要是由于涂层中的硬脆相ＴｉＮ所占比例增大 引起韧性降低所致【１２１。
由于钛合金不能通过相变来大幅度提高其硬 度，因此，在金属构件整体性能满足服役条件下，利 用先进的表面技术对钛合金进行改性处理，赋予金 属表面高硬度、高耐磨损和良好的耐腐蚀性能是解 决此类问题的有效途径。为此进行了大量的钛合金 表面改性的研究工作，发展了钛合金表面化学热处
收稿日期：２００９－０６—２４；修回日期：２０１０－－０５—１５ 作者简介：戴景杰（１９７９叫．男．山东胶州人，讲师．硬士。主要
复合激光氮化处理技术也能提高钛合金的表 面性能。在氮气环境下加入合金粉末进行激光处理
专瘩讨论
戴景杰等：钛及钛合金的激光表面改性研究现状
第１１期
可明显提高钛及钛合金的表面性能。在氮气环境下 进行钛合金表面加Ａｌ粉激光合金化的研究发现， 在整个合金化区内遍布着树枝状的ＴｉＮ、Ｔｉ２Ｎ和 Ｔｉ２ＡＩＮｔⅢ，在氮气环境下对纯钛激光碳合金化后，合 金化层内生成大量的ＴｉＮ和ＴｉＣ枝状晶【ｌ川；而对预 涂了ＴｉＮ粉末的纯钛进行气体氮化后，测得氮化层 厚度约２５０斗ｍ，其硬度范围为５５０－１ ７００ ＨＶ，摩擦 系数低于未氮化的基体【ｌ列。Ｆｕ等人【ｌｑ在纯钛和钛合 金表面预涂Ｎｉ和Ｃｒ的合金粉末后再激光氮化的 试验表明，氮化层内原位生成了大量的ＴｉＮ和Ｃｒ２Ｎ 等化合物，其滑动磨损抗力显著提高。
‰，
激光气体氮化是利用高能激光束在高纯氮气
鼽ｒ
澎么 气氛中对钛及钛合金进行表面熔化。氮气在高能激
光束辐照作用下与熔池中高温钛及钛合金金属液
发生强烈的化学／冶金交互作用，从而显著改变熔
池中金属液的化学成分和组成，快速凝同后最终获 得以硬质氮化钛为增强相的氮化层∞】。
对纯钛表而激光氮化的结果表明，工件表层氮 的浓度较高，形成的ＴｉＮ枝晶密度由表面沿深度方
效途径。结合近年来激光表面改性处理的研究进展，综述了激光表面处理的影响因素，激光表面处理表 层的组织、性能及缺陷控制，并指出了目前存在的问题和今后研究的重点方向。
关键词：钛；激光；表面改性
中图分类号：ＴＧ４５６．７
文献标识码：Ｃ
文章编号：１００１—２３０３（２０１０）ｌ １－－００８５－－０６
Ｒｅｖｉｅｗ ｏｎ ｌａｓｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｔａｒｒ＂ａｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ＤＡＩ Ｊｉｎｇ－ｊｉｅ，ＧＵ Ｘｉａｏ—ｍｅｉ，ＺＨＵＡＮＧ Ｌｅｉ
激光工艺参数对氮化层的性能有明显的影响。 在其他条件相同时，随着激光功率的增加，氮化层 硬度增加。激光扫描速度增加，氮化层深减小，表面 层组织中Ｔｉ—Ｎ化合物体积分数减小，硬度下降。增 大激光光斑尺寸，材料单位面积的激光功率下降， 相当于减小激光功率，氮化层深减小，表面氮化层 硬度下降。增加氮气送给量，氮化层深增加，表面层 组织中７ｎ—Ｎ化合物体积分数增加，氮化层硬度增加． 但是过大的流量会带走过多的热量，反而降低氮化 层的硬度和耐磨性。
陟，ｋ 貌的噩Ｃ因碳浓度的不同而具有不同的硬度，测试表
明：球状组织碳含量最高，其显微硬度也最高，其次 是发达树枝状组织，胞枝状组织最低，如图４所示。
聆～题讨论｝Ｉ激光焊接切割及激光焊缝跟踪
图３典型ＴｉＣ生长形貌的ＳＥＭ图
４５０ＨＶ
４７５ＨＶ
４２０ＨＶ
３８０ＨＶ 十宁花瓣 ●＿－＿＿－。＾。。。。●。●＿＿●＿——
虽然钛及钛合金激光气体氮化可获得高的表 面硬度，但表面较粗糙，表面硬度下降梯度极大（在 １００斗ｍ下降约一半），因此，在磨损、腐蚀等性能的 实际测试中均需对处理材料表面进行打磨，这在一 定程度上使所测试的磨损、腐蚀性能数据直接可比 性降低。同时，对于表面粗糙度要求高的钛及钛合 金构件而言，粗糙的高硬度表面不利于后续加工。 １．１．２激光表面粉末合金化
（Ｑｉｎｇｄａｏ Ｂｉｎｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）
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Ａ］３ｓｉｒａｃｔ：Ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｓｕｃｈ ａ８ ｌｉｇｈｔ ｄｅｎｓｉｔｙ，ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｈｏｗｅｖｅｒ ｐｏｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｌｉｍｉｔ ｔｈｅｉｒ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｈｃａｔｉｏｎｓ．Ｌｓ．ｓｅｒ ８１１ｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｎｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ。ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｏｎ ｌａｓｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｎａｍｅｌｙ ｌａｇｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ａｌｌｏｙｉｎｇ．ＩｌｌＢｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ ａｎｄ ｌａｓｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ ａ糟ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｔｒｅａｔｅｄ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｒｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｃｏ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｉｎ ｔｈｅ
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万方数据
中，由于激光气体氮化时工艺参数不同，形成的Ｔｉ— Ｎ化合物性质和体积分数也不同，表面氮化层的最 大硬度值相差较大。