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钛合金激光表面处理的进展及应用

稀有金属材料与工程 2024年第5期53卷 1296-1309页

作者：徐剑波张博文屈文涛孙霖霖西安石油大学机械工程学院陕西西安710065 西北工业大学机电学院陕西西安710072 长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室陕西西安710064

钛及其合金由于质轻、耐腐蚀性能好、强度高、弹性模量低、生物相容性佳和骨整合性优异,已成为应用最广泛的航空航天与生物医学金属材料之一。然而,较低的塑性、低硬度、和耐磨损性能限制了其发展和应用。激光表面处理(LST)技术在不改... 详细信息

钛及其合金由于质轻、耐腐蚀性能好、强度高、弹性模量低、生物相容性佳和骨整合性优异,已成为应用最广泛的航空航天与生物医学金属材料之一。然而,较低的塑性、低硬度、和耐磨损性能限制了其发展和应用。激光表面处理(LST)技术在不改变材料体积的情况下增强表面性能,成为钛合金表面改性的一种有利手段。综述了利用LST技术对钛及其合金材料进行表面改性的研究进展和应用现状。分析了激光相变硬化、激光表面重熔、激光冲击喷丸、激光表面合金化、激光熔覆和复合LST的机理、工艺参数、表面特性和微观结构。总结了LST在航空航天、医学等领域的应用,介绍了现有的局限性,提出了未来的研究方向,并对LST在钛及其合金材料上的发展趋势进行了展望,以推进LST创新,为钛合金在多领域中的应用开辟新途径。

关键词：激光表面处理钛合金航空航天医疗

激光表面处理对马氏体不锈钢堆焊层组织与性能的影响

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金属热处理 2024年第3期49卷 56-63页

作者：邓德伟李振华陈文博汪红所孙磊大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省激光3D打印装备及应用专业技术创新中心辽宁大连116024 大连船用阀门有限公司辽宁大连116026

为有效修复FV520B钢表面损伤,并提升修复后表面的耐腐蚀性能,尝试采用先堆焊,再进行激光表面处理的方法,即先采用明弧摆动堆焊方法,在FV520B钢基材上使用马氏体型药芯焊丝进行堆焊,并分别采用两种激光(半导体激光和光纤激光)对堆焊后的... 详细信息

为有效修复FV520B钢表面损伤,并提升修复后表面的耐腐蚀性能,尝试采用先堆焊,再进行激光表面处理的方法,即先采用明弧摆动堆焊方法,在FV520B钢基材上使用马氏体型药芯焊丝进行堆焊,并分别采用两种激光(半导体激光和光纤激光)对堆焊后的表面进行激光表面处理。研究了堆焊层的显微组织、硬度,堆焊层与基材的元素分布情况,以及经过激光表面处理后堆焊层的显微组织、硬度、耐腐蚀性和激光作用深度。研究结果表明,堆焊层由马氏体、δ-铁素体、残留奥氏体和碳化物构成,硬度约为480 HV0.3,相比基材提高了约33.33%,堆焊层与基材之间冶金结合良好。经过激光表面处理后,堆焊层分为原始堆焊区、热影响区和重熔区。在热影响区,硬度会下降,这与激光表面处理的回火作用有关;在重熔区,硬度与原始焊接区相当。浸泡试验结果表明,激光表面处理提高了堆焊层的耐腐蚀性。随着扫描速度的降低,激光的作用深度会增加,但硬度变化不大。相对于光纤激光器,半导体激光器的作用深度更大,但两种激光处理后的表面硬度基本相同。

关键词： FV520B钢堆焊激光表面处理组织硬度

65Mn钢激光表面处理过程的组织分布及峰值温度模型

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金属热处理 2024年第1期49卷 249-256页

作者：郭帅涵李振兴岑一鸣朱彦铭陈冯琛杨明涛孔佳南京工程学院材料科学与工程学院江苏南京211167 中国兵器科学研究院宁波分院浙江宁波315103

采用高功率半导体激光器对农机用65Mn钢进行了激光表面处理,研究了激光功率(1.5~2.5 kW)和扫描速度(20~40 mm/s)对其显微组织和硬度分布的影响,利用ABAQUS软件对激光表面处理过程的温度分布进行了模拟,分析了温度场的变化规律,建立了关... 详细信息

采用高功率半导体激光器对农机用65Mn钢进行了激光表面处理,研究了激光功率(1.5~2.5 kW)和扫描速度(20~40 mm/s)对其显微组织和硬度分布的影响,利用ABAQUS软件对激光表面处理过程的温度分布进行了模拟,分析了温度场的变化规律,建立了关于峰值温度的数学模型。结果表明,激光表面处理后,65Mn钢硬化层组织为马氏体和残留奥氏体,且随距表面深度的增加,残留奥氏体含量减少。硬化层深度为80~680μm,硬度为800~970 HV0.5。此外,模拟结果表明,峰值温度随着扫描速度的减小和激光功率的升高而升高,随着距表面深度的增加而降低。所建立的峰值温度预测模型与模拟结果吻合较好,且对硬化层深度的预测结果与实测值较为吻合。

关键词： 65Mn钢激光表面处理组织硬度峰值温度

激光表面处理对316L奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的影响

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表面技术 2021年第7期50卷 83-89页

作者：袁珊珊王东哲王金太王春光何曲波蔡欣男胡伟重庆材料研究院有限公司耐腐蚀合金重庆市重点实验室重庆400707 重庆材料研究院有限公司国家仪表功能材料技术研究中心重庆400707

目的研究退火态和变形态不锈钢基体在激光加工时组织结构和耐腐蚀性能的差异,掌握激光功率对材料表面耐腐蚀性能的影响规律。方法利用Nd:YAG激光处理,对不同热处理状态的316L奥氏体不锈钢进行了一系列激光表面熔凝处理。运用电子通道衬... 详细信息

目的研究退火态和变形态不锈钢基体在激光加工时组织结构和耐腐蚀性能的差异,掌握激光功率对材料表面耐腐蚀性能的影响规律。方法利用Nd:YAG激光处理,对不同热处理状态的316L奥氏体不锈钢进行了一系列激光表面熔凝处理。运用电子通道衬度成像(ECC)对激光表面处理前后的组织结构进行了详细地表征和分析,采用Gamry600电化学工作站对改性表面进行极化曲线、交流阻抗图谱检测,从而研究激光处理对材料表面耐腐蚀性的影响。结果退火态和变形态的316L奥氏体不锈钢经过激光处理后,在3.5%NaCl溶液中测试的动电位极化曲线和阻抗图谱趋势相近。拟合数据显示,退火态基体经激光处理后,腐蚀电位为-0.438 V(SCE),略高于初始样品(-0.556 V),且腐蚀电流比初始样品小,表明激光处理能够降低材料表面的腐蚀速度。不同之处在于,变形态基体的表面改性区界面过渡均匀,无突变组织,呈现更加良好的结合性。随着激光功率的增大,功率400W处理样品的熔抗弧半径最大,但自腐蚀电流和电位与200 W和300 W处理样品在同一数量级波动。结论 316L奥氏体不锈钢经过激光表面处理后,耐腐蚀性能得到一定程度的改善,而激光功率对表面耐腐蚀性无明显关联性影响。

关键词：激光表面处理奥氏体不锈钢耐腐蚀性能热处理状态

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激光表面处理

国外金属加工 2000年第3期21卷 13-14,33页

作者：蒋正行河北工业大学

激光表面处理对工业级锆基块体非晶合金弯曲变形和缺口韧性的影响

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装备环境工程 2023年第5期20卷 80-89页

作者：程杨洋钟勇贾怡王鹏飞陈辰张涛中国航天科技创新研究院北京100176 西南技术工程研究所重庆400039 郑州大学郑州450001 北京航空航天大学北京100191

目的改善块体非晶合金的弯曲力学性能,同时考虑航空结构材料选材的经济性,研究激光表面处理工艺对工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金弯曲变形和缺口韧性的影响规律。方法采用低纯原料和低真空制备条件获得工业级Zr49.7Ti2Cu... 详细信息

目的改善块体非晶合金的弯曲力学性能,同时考虑航空结构材料选材的经济性,研究激光表面处理工艺对工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金弯曲变形和缺口韧性的影响规律。方法采用低纯原料和低真空制备条件获得工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金试样,考虑到弯曲条件下试样受到拉伸和压缩2种正应力状态,研究不同处理工艺和激光处理表面对试样弯曲变形和缺口韧性的影响。结果当激光处理表面位于弯曲试样的2个侧表面时,其对试样的塑性变形能力和断裂强度没有明显的影响,但会显著降低试样的缺口韧性,从(56.4±3.4)MPa·m1/2降低到(26.2±4.8)MPa·m1/2;激光处理表面位于弯曲试样的受拉侧时,试样的弯曲断裂强度从2 150 MPa降低到1 800 MPa;当激光处理表面位于弯曲试样的受压侧时,试样的弯曲断裂强度从2 150 MPa提高到2 550 MPa,但对其缺口韧性无明显的影响。结论激光表面处理在工业级Zr49.7Ti2Cu37.8Al10Er0.5块体非晶合金试样表面引起的成分变化和引入的残余应力状态对其弯曲力学行为和缺口韧性的影响,与试样的受力情况紧密相关。残余应力与外载应力的正向耦合能够放大外载应力的作用效果,表面和心部的成分差异也有可能作为应力集中点出现,导致裂纹源的形成,降低试样的断裂强度。

关键词：工业级块体非晶合金激光表面处理弯曲变形断裂强度缺口韧性轻质高强材料

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激光表面处理

铁道机车车辆工人 2000年第6期 26-29页

作者：周贤全

激光能以硬化、退火和表面合金化等几种方式对表面进行处理。激光表面合金化(LSA)和激光表面加工(LSP)在处理方式上极为相似。实际上,也可把LSA视为LSP的特殊情况,材料在激光变换中,使溶质原子与基体混合为一体。本文简要地就激光器及... 详细信息

激光能以硬化、退火和表面合金化等几种方式对表面进行处理。激光表面合金化(LSA)和激光表面加工(LSP)在处理方式上极为相似。实际上,也可把LSA视为LSP的特殊情况,材料在激光变换中,使溶质原子与基体混合为一体。本文简要地就激光器及其对金属的处理作一介绍。1 激光作业激光生产一种相干光束而能集聚大量的能。激光作业是基于这样一种状况,即当把充足的能量供给适当的材料时。

关键词：激光器金属激光表面处理激光表面合金化

CoCrCu0.1FeMoNi高熵合金热处理与激光表面处理

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CoCrCu0.1FeMoNi高熵合金热处理与激光表面处理

作者：钱裕阳江苏科技大学

学位级别：硕士

高熵合金由多种不同的金属或非金属元素组成,相较于传统合金,高熵合金具有更加优异的性能,然而高熵合金的体系仍有待完善。深入了解不同处理方式对合金微观结构的影响,对合金的开发有着重要的意义。因此,本文首先研究了常规热处理与表... 详细信息

高熵合金由多种不同的金属或非金属元素组成,相较于传统合金,高熵合金具有更加优异的性能,然而高熵合金的体系仍有待完善。深入了解不同处理方式对合金微观结构的影响,对合金的开发有着重要的意义。因此,本文首先研究了常规热处理与表面激光重熔处理对CoCrCuFeMoNi高熵合金组织结构和性能的影响,并在此基础上采用激光熔覆技术探索CoCrCuFeMoNi高熵合金在H13钢表面改性中的应用。铸态CoCrCuFeMoNi高熵合金由FCC、σ和μ相组成,微观组织呈现花瓣状树枝晶(DR)和层片状共晶组织(ID),经过800-1100℃两小时热处理后,CoCrCuFeMoNi高熵合金并未发生改变,仍由FCC、σ和μ相构成。随着热处理温度的升高,花瓣状树枝晶中析出μ相点状组织,同时层片状共晶组织不断发生缩颈和球化。与铸态合金相比,热处理态合金相结构稳定,其硬度、耐蚀性以及摩擦磨损性能并未有发生明显变化。在此基础之上,采用表面激光重熔处理的方式改善CoCrCuFeMoNi高熵合金的组织结构与性能。由于激光快速熔化和快速凝固的特点,重熔后合金中出现了BCC固溶体。经激光重熔处理后合金组织中晶粒尺寸达到100nm,组织以“珊瑚状”为主。激光重熔层硬度达到750-850HV,比基体高熵合金(548HV)提升了34%-56%,其强化机理主要为细晶强化和析出强化。激光重熔后组织细化且偏析减少,合金表面形成致密氧化膜,有效阻挡了Cl离子的侵蚀,合金耐蚀性显著提升,当扫描速度为200mm/min时,激光重熔层耐蚀性最优,腐蚀电流密度i和维钝电流密度i分别降低84%和21%。另外,激光重熔层的耐磨性得到提高,当扫描速度为800mm/min时,重熔层合金的摩擦系数和磨损率相比铸态合金分别降低了12%和65%,其磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。可见,表面激光重熔能够有效改善CoCrCuFeMoNi高熵合金组织结构和性能。基于此,本文采用激光熔覆技术在H13钢表面制备CoCrCuFeMoNi高熵合金熔覆层,以实现对H13钢的表面性能优化。激光熔覆CoCrCuFeMoNi高熵合金熔覆层由FCC、σ和μ相组成。工艺参数的变化对熔覆层组织形貌产生了较大的影响,当能量密度小于160J/mm,熔覆层组织趋向于形成羽毛状,当能量密度大于180J/mm,熔覆层呈现树枝晶+等轴晶组织。在固溶强化、第二相强化与细晶强化的共同作用下,熔覆层硬度值比H13钢提高108%-168%。在3.5%Na Cl水溶液中,熔覆层显示出明显优于H13钢的耐蚀性,激光功率为2000W,扫描速度为2mm/s时,熔覆层腐蚀电位E提高67%,腐蚀电流密度i和维钝电流密度i分别降低了98%和96%,达到了优化H13钢表面性能的目的。

关键词：热处理激光表面处理激光熔覆耐腐性能摩擦磨损性能

偏晶合金在激光表面处理条件下的凝固行为研究

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金属学报 2013年第5期49卷 537-543页

作者：陈书赵九洲中国科学院金属研究所沈阳110016

开展了激光表面处理条件下Al-Pb合金的快速凝固实验,获得了富Pb相粒子弥散分布于Al基体的合金表面层,原合金表层内富Pb相粒子经激光表面处理后得到明显细化.分析了激光表面处理层的凝固组织特征,建立了激光表面处理条件下偏晶合金组织... 详细信息

开展了激光表面处理条件下Al-Pb合金的快速凝固实验,获得了富Pb相粒子弥散分布于Al基体的合金表面层,原合金表层内富Pb相粒子经激光表面处理后得到明显细化.分析了激光表面处理层的凝固组织特征,建立了激光表面处理条件下偏晶合金组织演变模型,模拟计算了Al-Pb偏晶合金表面处理层凝固组织形成的动力学过程.实验和模拟相结合,分析了合金表面处理层在升温熔化、富Pb相液滴溶解及熔体均匀化和冷却凝固过程中的组织演变行为.结果表明,激光表面处理技术是获得富Pb相高度弥散分布的Al-Pb合金表面层的有效方法.

关键词：偏晶合金快速凝固激光表面处理