1. 레이저 표면 경화
레이저 표면경화는 주로 고에너지의 레이저빔을 이용하여 금속이나 합금의 표면에 조사하며, 발생되는 열효과로 인해 기판 표면이 융점을 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 이 분야에 대한 연구가 있었습니다. 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.
2. 레이저 표면 재용해
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 야금학적 결합이 우수하고 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. TiZr 합금의 레이저 표면 용융 처리 후 Xu Bo는 열간 재용해 구역의 미세 구조가 거친 플레이크 입자이고 개질 구역의 미세 경도가 매트릭스의 미세 경도보다 낮으며 내마모성이 크게 향상되지 않음을 발견했습니다.
3. 레이저 표면 수리
레이저 표면 수리는 레이저 성형 수리 기술의 한 분야로 분류될 수 있으며, 레이저 성형 기술과 레이저 클래딩 기술의 합성이기도 하며, 이는 금속 부품 수리 분야에 추가로 적용 및 개발되는 것입니다. 티타늄 및 티타늄 합금의 표면 결함은 레이저 표면 복구 기술을 사용하여 제거할 수 있습니다. Deng Deweiet al. 레이저 수리로 티타늄 합금 표면의 균열을 치료할 수 있음을 확인했습니다. 레이저 보수 처리 후 변형부 주변의 매트릭스 경도값이 증가하였고, 변형부와 열영향부 사이의 경도 변화 곡선은 상대적으로 평탄하였다. Gong Xinyonget al. 레이저 연속 스캐닝을 사용해 TC11 티타늄 합금 임펠러를 레이저 용융 및 석출로 수리했으며, 실험을 통해 임펠러의 성능이 손상되지 않았음을 확인하고 부품의 완벽한 수리가 실현됐다. Cui Aiyonget al. 레이저 클래딩 수리 기술을 통해 TC4 합금 표면에 내부 균열이 없는 Cr2O3/Ti 클래딩층을 획득했습니다. 개질된 층의 표면은 매끄러우며 기판과의 야금학적 결합이 양호하여 압축기 블레이드의 손상된 부분을 레이저로 수리할 수 있습니다.
4. 레이저 표면 합금
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 형성하여 단단한 상 TiN. Nd∶YAG 레이저를 이용한 TA2 순수 티타늄의 레이저 가스 질화 처리 후, Wang Pei et al. 재료 표면의 마찰계수는 약 0.22로 매트릭스의 약 1/4로 내마모성이 크게 향상되는 것을 확인했습니다. 동시에 질화 강화 영역의 분포가 조밀할수록 마찰 계수는 작아지고 내마모성은 좋아집니다. 질화 표면에서 매트릭스까지 이어지는 미세 경도 분포 곡선은 레이저 가스 질화가 티타늄 합금 표면의 경도를 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.
레이저 표면 분말 합금은 레이저 고에너지 및 빠른 가열 특성을 사용하여 기판 표면과 첨가된 합금 분말이 용융 반응 응고되어 표면 합금층을 기반으로 기판 재료를 형성합니다. Ge Xiaolanet al. TiAlNb 합금 코팅을 생성하기 위해 고에너지 레이저 빔을 사용하여 TC4 합금 표면을 Ti, Al 및 Nb 혼합 분말과 합금했습니다. 합금 코팅의 경도는 코팅 깊이 방향을 따라 완만하게 전이되었으며 내부에서 외부로 점차 증가했습니다. 코팅의 평균 경도는 TC4 매트릭스의 평균 경도보다 훨씬 높았으며 마찰 계수는 감소했으며 내마모성은 매트릭스의 평균 경도보다 거의 3배 더 높았습니다. Liu Qinghuiet al. TC4 합금 표면에 Ti/Si/C 원소 원소 혼합 분말을 코팅하고 레이저 합금 기술을 사용하여 매트릭스 표면에 합금 코팅을 생성했습니다. 합금 코팅은 Ti, Si 및 C 화합물로 구성되어 있는 것으로 나타났습니다. 코팅의 평균 미세경도는 기재보다 80% 높고, 코팅의 평균 마찰계수는 약 0.38로 기재보다 약 16% 낮습니다. 표면 경도와 내마모성이 크게 향상되었습니다.
5. 레이저 표면 클래딩
레이저 표면 클래딩은 표면 수정 기술로 분류될 수도 있으며 레이저 표면 수리의 기초입니다. 기판 표면에 클래딩 재료를 추가하고 기판 표면에 클래딩 재료와 기판의 클래딩 층의 우수한 야금학적 조합을 형성하는 것은 고에너지 밀도 레이저 빔을 사용하는 것입니다. 클래딩 공정 다이어그램은 다음 그림에 나와 있습니다.
레이저 클래딩 공정에는 레이저 합금이 수반되지만 단순한 레이저 합금과 비교하여 클래딩 층 재료는 합금 반응에 대한 매트릭스와 완전히 혼합되지 않으므로 클래딩 재료의 특수한 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 차열 코팅으로 나눌 수 있습니다.
5.1 내마모 코팅
티타늄 합금의 내마모성은 다른 특성에 비해 열악하므로 레이저 표면 개질은 매트릭스의 내마모성을 향상시키는 데 더 중점을 둡니다. 일반적으로 내마모성 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. NiCr/Cr3C2 및 WS2 복합 분말을 원료로 사용하여 Wu Shaohua 등은 레이저 클래딩을 다양한 양의 WS2와 비교하여 NiCr/Cr3C2 복합 코팅의 내마모성 향상을 연구했습니다. 그 결과, 피복재에 WS2를 20% 첨가했을 때 복합코팅의 내마모성이 가장 좋은 것으로 나타났다. 결과는 적절한 양의 WS2가 자체 윤활 단계를 형성할 수 있으며 우수한 마모 및 마찰 방지 특성을 나타낼 수 있음을 보여줍니다. Sun Rongluet al. 는 레이저를 사용하여 TC4 샘플 표면에서 레이저 클래딩 실험을 수행했습니다. 코팅재료로는 Ni와 MoS2 혼합분말을 사용하였다. 클래딩 과정에서 시료의 표면층과 혼합분말 및 혼합분말 사이에 야금반응이 일어나고, 클래딩층의 수지상 돌기에는 구형 CrxSy 입자가 균일하게 혼합되어 있다. 마찰계수는 감소하고 내마모성은 향상됩니다. Liu et al. Co 기반 합금 분말을 클래딩 재료로 선택하고 레이저 클래딩 기술을 통해 미세 수지상 및 입상 강화 상을 갖춘 코발트 기반 복합 코팅을 얻었습니다. 매트릭스와 클래딩층의 내마모성은 마모 시험기로 측정한 결과, 클래딩층의 마모율은 매트릭스의 1/12에 불과하고 내마모성이 크게 향상되는 것으로 나타났습니다. Wenget al. TC4 합금 표면에 TiN 및 Co 기반 혼합 분말을 레이저 클래딩한 결과, 내마모성과 분산 강화상이 우수한 Co/Ti 금속간 화합물이 클래딩층에 형성될 수 있으며 복합 코팅의 내마모성이 향상됨을 보여줍니다. TiN 분말 첨가량이 증가함에 따라 더욱 개선되었습니다.
5.2 내산화 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. Yu Pengchenget al. NiCr-Al-Si 합금 분말을 클래딩 재료로 사용하여 TC4 합금 표면에 복합 코팅을 준비하기 위해 레이저 클래딩 기술을 사용했습니다. 연속적인 치밀한 구조를 갖는 클래딩 코팅은 이 방법을 통해 Al2O3, NiO, TiO2, NiCr2O4 및 기타 화합물과 균일하게 혼합되었습니다. 실험 결과에 따르면 코팅의 고온 내산화성은 기판의 고온 산화 저항보다 7~9배 더 높은 것으로 나타났습니다. Liu et al. TC4 합금 표면에 TiN+Ti3Al 혼합 분말을 레이저 클래딩하고 -Ti, TiN, Al2O3 및 TiO2 혼합상으로 구성된 복합 코팅을 제조했습니다. 그들은 각각 600도와 800도에서 등온 산화 테스트를 수행했습니다. 실험 결과는 복합 코팅이 티타늄 합금 매트릭스보다 고온 내산화성이 더 우수하다는 것을 보여줍니다.
5.3 열 차단 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 수행하므로 부품이 고온 조건에서 정상적으로 작동할 수 있습니다. Shan Xiaohaoet al. 는 레이저 클래딩 기술을 사용하여 Nb, Al 및 Ti 분말을 혼합하여 고온 차열 코팅을 제조했으며 코팅의 고온 산화 저항은 Ti의 편석 정도 및 Nb2Al 화합물의 함량과 관련이 있음을 발견했습니다. 합금. Ti의 질량 분율이 15.18wt%일 때 합금 내 Ti의 분리도는 가장 낮고 코팅의 내산화성은 가장 좋습니다. 느슨한 다공성 TiO2가 TC4 합금의 내산화성이 낮은 주요 원인이라는 사실을 고려하여 Xu Jiangning et al. 표면에 레이저 클래딩 NiCrNiSi 혼합 분말. 실험 결과는 연속적으로 치밀한 Al2O3와 NiO로 구성된 산화막 코팅이 매트릭스의 산소 원자 침식을 효과적으로 방지하고 내산화성을 크게 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.
5.4 바이오코팅
생체 활성 코팅은 레이저 클래딩 기술을 통해 티타늄 합금 표면에 증착되어 티타늄 합금 이식이 더 나은 생체 적합성을 보여줍니다. Li Fuquanet al. TC4 표면에 수산화인회석 생물학적 코팅을 코팅했습니다. 코팅의 상 분석은 주로 -Ti, Ti3P, TiO 및 CaTiO3와 같은 경질 세라믹상으로 구성되었으며 세라믹 조합이 양호하고 표면이 균일하고 매끄러우며 내마모성 및 생물학적 습윤성이 우수했습니다. 또한, 티타늄 합금 매트릭스가 균일하고 평평하며 강력한 야금 결합을 갖춘 생물학적 코팅을 형성하도록 하기 위해 클래딩 그라데이션 코팅 및 다중 클래딩을 통해 코팅 구조, 응력 돌연변이를 방지하여 내부 응력을 줄입니다. Shi Leiet al. TC4의 표면에 순수 HA, 혼합 HA 및 HA 구배 코팅을 코팅했으며, 비교 실험에서 HA 구배 코팅이 기판에 대한 높은 결합 강도, 자연 뼈에 더 가까운 Ga/P 비율로 더 우수한 성능을 나타냄을 발견했습니다. HA 함량이 높고 생물학적 활성이 뛰어납니다.
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