TiA1金属间化合物激光表面改性探究.pdfVIP

i TAl金属间化合物激光表面改性研究8 王华明 何秀丽 李晓轩 北京航空航天大学 北京市海淀区学院路37号 100083 陈清明 郑启光 许德胜 华中理工大学 湖北省武汉市洪山区珞喻路151号430074 摘要：本文对TiAI金属间化合物进行氮元素激光表面合金化，制得了以硬质耐磨TiN为增强 相的新型快速凝固“原位”复合材料，研究了激光表面合金化工艺参数对激光表面合 金化改性层组织与性能的影响。结果表明，激光表面台金化提高了TiAI合金硬度与耐 磨性。 关键词：TiM金属间化合物，激光表面改性，耐磨性 1前言 TiM金属间化合物的密度低、比强度和比模量高、高温强度和刚度好，并具有良好的抗 蠕变和抗氢脆能力，被看作为未来最有前途的航空航天用轻型高温结构材料之一”1。随着TiAl 室温脆性”及高温抗氧化性能”1的逐步改善，TiM合金耐磨性低的缺点日益突出“I，而耐磨性 是决定许多高温运动部件使用性能和寿命的关键因素之一。但有关提高TiAl金属间化合物耐 磨性的直接研究，国内外还很少有公开的报道。仅有Noda等人对完全片层状的铸造TiM合 金进行等离子气体渗碳，获得了厚约3肿的Ti。AIC碳化物硬质薄膜”1。因此，有必要寻求提 高TiAl合金耐磨性的表面改性新技术。 TiN等陶瓷化合物具有很高的硬度和耐磨性，在快速凝固条件下往往具有发达树枝状、 胞状等特殊生K=形态，而TiAI化合物中含有大量的台金元素钛。因此，如果通过表面快速凝 固处理直接“原位”地在TiAI表面生成以硬质耐磨TiN为增强相的复合材料表面层，由于“原 位”形成的硬质耐磨增强相被基体牢固地镶嵌住而在摩擦磨损过程中不易脱落，因而这种表 面改性层无疑会具有优异的耐磨性能。 为此，本文利用激光表面合金化技术对TiAI金属间化合物进行表面改性。在激光表面改 性层中成功地制得了以硬质耐磨TiN为增强相的快速凝固“原位”复合材料，并较系统地考 察了激光合金化工艺参数对TiM合金激光表面改性层组织与性能的影响。 2实验方法 家重点实验室开放基金资助项目。 799 在氮气气氛条件下对TiAI合金进行以氮作为“合金元素”的表面合金化，实验装置见图1。 激光表面处理工艺参数分别为：激光束扫描速度2．6～25 mm／s，激光束功率3~6kw，束斑直 径l～4nlm，氮气压力0．2～0．45atm．，试样预热温度300～700℃。按照常规方法制备金相试 样，采用OM、SEM、XRD等技术分析表面改性层的显微组织和化学成分。 在100 g载荷下测试表面改性层的显微硬度；利用ML_lO型销盘磨料磨损实验机测试表 面改性层的耐磨性，以320淦相砂纸作为磨料，试样尺寸为a4xlO mm，圆盘的旋转速度为 60r／rain，试样轴向载荷为3．1k，试样径向进给量为4mm／r，磨程为6．84m。把未经激 光处理的TiAI试样作为标准试样，用失重法表征耐磨性，即磨损量越少，耐磨性越好。 3实验结果与讨论 3．1显微组织 氮元素激光表面合金化过程中，吹向熔池的氮气在激光作用下以氮原子的形式溶入熔池 中，发生合金化作用，快速凝固后在TiAI合金表面改性层中形成大量树枝状组织，如图2所 示。X射线衍射结果表明(见图3)，TiAI合金氮元素激光表面合金化改性层中存在很强的 TiN衍射峰，从而制得了以硬质耐磨TiN树枝晶为增强相的快速凝固“原位”复合材料表面 改性层。 ——，扫描方向 激光 化表 黔灞隧豳k、∑ 基体 图2 TiAI合金氮元素激光表面合金化改性 图1激光气体合金化实验装置示意图