无保护层纳秒脉冲激光强化对DD5单晶合金耐磨性能的影响

作     者：史增祥 党晓凤 罗思海 郭嘉琛 梁晓晴 何卫锋 周留成 SHI Zengxiang;DANG Xiaofeng;LUO Sihai;GUO Jiachen;LIANG Xiaoqing;HE Weifeng;ZHOU Liucheng

作者机构：空军工程大学航空工程学院航空等离子体动力学实验室西安710038 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2024年第53卷第7期

页      面：136-145页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家重大科技专项(J2019-Ⅳ-0003-0070) 陕西省自然科学基础研究计划(2023-JC-QN-0402) 

主　　题：镍基单晶高温合金 纳秒脉冲激光 氧化铝颗粒 显微硬度 摩擦磨损 磨损机制 

摘      要：目的提高发动机涡轮叶片榫头材料DD5单晶高温合金的高温耐磨性能。方法采用不同能量的无保护层纳秒脉冲激光对DD5单晶合金试样表面进行处理,利用摩擦磨损试验机获得DD5单晶合金在650℃下的摩擦磨损性能参数,并通过显微硬度计、扫描电子显微镜、能谱仪、共聚焦三维表面轮廓仪对磨损前后的DD5单晶试件进行表征分析,揭示纳秒脉冲激光强化技术提高单晶高温合金耐磨性能的机理。结果采用纳秒脉冲激光处理DD5单晶高温合金后,材料表层发生了重熔现象,并在重熔层中生成了弥散分布的铝的氧化物颗粒,其粒径为5~50nm;纳秒脉冲激光处理后产生的弥散分布的氧化铝颗粒为硬质相,它提升了单晶表面的显微硬度;经纳秒脉冲激光处理后,试样的磨损率降低了19.7%~37.6%,单晶合金的磨损机制以磨粒磨损为主。结论经纳秒脉冲激光处理后,单晶表面生成了含有弥散分布的纳米氧化铝颗粒的重熔层,在它与激光诱导的等离子体冲击波产生的硬化层的共同作用下,提升了镍基单晶高温合金在高温下的耐磨性能。