티타늄 합금의 레이저 표면 개질 기술

레이저 표면 담금질은 주로 고에너지 레이저 빔을 이용해 금속이나 합금의 표면에 조사하는데, 발생하는 열 효과로 인해 기판 표면이 녹는점을 넘지 않는 고체 가열 공정을 형성하게 된다. 동시에, 레이저 가열 및 재료 자체 냉각 효과와 결합된 매트릭스 재료의 이성질체 변환의 존재를 사용하여 금속 표면의 상 변환이 강화됩니다. 티타늄 합금에 대해서는 2{4}}세기 초부터 국내외에서 연구가 진행되어 왔습니다. Dai Zhendonget al. 표면 스캐닝 레이저 담금질을 통해 TC11 티타늄 합금의 경도가 크게 향상되었으며 마찰 계수는 원래의 0.2 ~ 0.3으로 감소되었으며 프레팅 내마모성은 123배 증가하여 크게 향상되었습니다. 합금 표면 특성. TC11 티타늄 합금의 표면 구조와 특성은 Zhang Hong et al.에 의해 최적화되었습니다. 결과는 레이저 담금질이 표면 구조를 명백하게 개선하고 경도와 내마모성을 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. Zhang Qi 등은 레이저 자기 담금질 및 급속 응고 처리된 다양한 티타늄 합금에 대한 연구를 통해 자기 담금질 처리가 합금의 결정립 구조를 미세화할 뿐만 아니라 표면 화학 조성을 더욱 균질하게 한다는 것을 확인했습니다. , 담금질 후 편석율은 원래 상태인 1.28에서 1.04로 감소할 수 있으며, 담금질층에는 구멍, 균열 및 기타 결함이 발견되지 않습니다. 부드럽고 균일한 합금 표면을 얻을 수 있습니다.

레이저 표면 재용해란 아르곤 분위기의 보호 하에서 소재 표면에 방사선을 조사해 기판 표면을 빠르게 녹이고 응고시켜 구조를 미세화하고 소재의 성능을 향상시키는 방식이다. Guo Chun et al. 레이저빔을 이용하여 TC4 합금 표면에 레이저 재용해 처리를 실시하였습니다. 현미경 관찰 후 매트릭스의 표면 구조가 미세화되었으며 경도, 내마모성 등 표면 특성도 크게 향상되었습니다. 또한 일부 연구자들은 Nd∶YAG 레이저를 사용하여 TiNi 합금 표면을 재용해했으며 클래딩층과 매트릭스 금속학적 결합이 좋고 연속적이고 조밀한 부동태막을 형성할 수 있으며 내식성이 크게 향상되었습니다. Dai Jingjie는 TA2 산업용 순수 티타늄의 레이저 표면 재용해 처리를 통해 표면 내마모성이 향상되는 것은 용융 공정으로 인한 격자 왜곡, 미세 결정 강화 및 전위 강화로 인한 것이라고 믿습니다. 그러나 표면 재용해가 모든 티타늄 합금 소재의 성능을 향상시키는 것은 아니며 성능이 저하될 수도 있습니다. 결과는 TA15 티타늄 합금의 레이저 표면 용융에 의해 형성된 입자가 비정상적으로 조대화되었음을 보여줍니다.

레이저 표면 수리는 레이저 성형 수리 기술의 한 분야로 분류될 수 있으며, 레이저 성형 기술과 레이저 클래딩 기술의 합성이기도 하며 금속 부품 수리 분야에 추가로 응용 및 개발되는 기술입니다. 티타늄 및 티타늄 합금의 표면 결함은 레이저 표면 복구 기술을 사용하여 제거할 수 있습니다. 티타늄 합금 표면의 균열은 레이저 수리로 치료할 수 있습니다. 레이저 수리 후 수정된 영역 주변 매트릭스의 경도 값이 증가하고 수정된 영역과 열 영향 영역 사이의 경도 곡선이 상대적으로 평평합니다.

레이저 표면 합금법은 고에너지 레이저 빔을 이용하여 재료의 표면을 급속히 가열하고 녹여 표면 합금화 반응을 촉진시켜 합금의 표면 특성을 향상시키는 방법으로, 표면가스 합금법과 표면가스 합금법으로 나눌 수 있습니다. 표면 분말 합금.

가스 합금화에 의해 도입되는 가스는 주로 N2 또는 레이저 가스 질화라고도 알려진 그 혼합물입니다. 질소 분위기에서 고에너지 레이저 빔을 사용하여 질소 원자를 활성화하고 고온 작용으로 재료 표면을 녹이고 활성 N 원자와 금속 용융 풀 Ti 합금 반응의 액상을 합금화하여 단단한 형성 위상 TiN.

레이저 표면 클래딩은 표면 수정 기술로 분류될 수도 있으며 레이저 표면 수리의 기초입니다. 고에너지 밀도 레이저 빔을 사용하여 클래딩 재료와 기판 표면을 함께 용융 기술을 추가하고 기본 표면에 클래딩 재료와 기판의 클래딩 층의 우수한 야금학적 결합을 형성합니다.

레이저 클래딩 공정에는 레이저 합금이 수반되지만 단순한 레이저 합금과 비교할 때 클래딩 층 재료는 합금 반응에 대한 매트릭스와 완전히 혼합되지 않으므로 클래딩 재료의 특수 특성을 더 잘 반영할 수 있습니다. 현재 C, B, N, Si 및 Ni를 포함하여 티타늄 및 티타늄 합금의 레이저 클래딩에 사용되는 많은 재료 시스템이 있습니다. 피복층의 구성 및 특성에 따라 제조된 코팅은 내마모성 코팅, 고온 산화 방지 코팅, 생물학적 코팅 및 열차폐 코팅으로 나눌 수 있습니다.

5.1 내마모성 코팅

티타늄 합금의 내마모성은 다른 특성에 비해 열악하므로 레이저 표면 개질은 매트릭스의 내마모성을 향상시키는 데 더 중점을 둡니다. 일반적으로 내마모 코팅의 경질상 함량이 높을수록 경도가 높아지고 내마모성이 좋아집니다. B, C, Ni, Si, B4C, Cr2C3, TiC, BN, SiC, TiB, TiB2 및 Al2O3를 포함하여 티타늄 합금의 내마모성을 향상시킬 수 있는 클래딩 재료가 많이 있습니다.

5.2 항산화 코팅

엔지니어링 응용 분야의 구조 부품은 고온 조건에서 장기간 사용되는 경우가 많습니다. 고온 작업 분위기와 매트릭스에서 O, S, N 및 기타 원소 사이의 화학적 또는 전기 화학적 반응을 줄이거 나 피하기 위해 일반적으로 매트릭스가 손상되지 않도록 보호하기 위해 표면에 조밀한 고온 보호 층이 구성됩니다. 파괴됨.

5.3 열차폐 코팅

항공우주, 가스 터빈 엔진 및 기타 환경의 작동 온도는 초합금 ​​재료의 한계 온도에 도달했습니다. 합금 재료의 차열 코팅은 금속 재료의 성능과 세라믹 재료의 고온 저항의 장점을 결합하여 세라믹 재료의 단열 역할을 수행하여 부품이 고온 조건에서 정상적으로 작동할 수 있도록 합니다.

5.4 생물학적 코팅

생체 활성 코팅은 레이저 클래딩 기술을 통해 티타늄 합금 표면에 증착되어 티타늄 합금 이식이 더 나은 생체 적합성을 보여줍니다.

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