崔振铎
,
朱胜利
,
杨贤金
功能材料
利用连续波2kW Nd-YAG激光在Ti6Al4V合金表面原位制备TiN枝晶增强梯度金属基复合材料表面层,并研究了该表面层的显微组织和磨损性能.结果表明:该表面层沿激光熔化深度具有明显的梯度结构,表面层与Ti6Al4V基体之间呈现良好的冶金结合,Ti6Al4V的表面硬度及耐磨性得到了显著增强.
关键词:
激光氮化
,
Ti6Al4V
,
表面金属基复合材料
,
耐磨性
曹丽琴
,
孙利娜
,
轩福贞
,
王正东
表面技术
目的 研究激光辅助氮化过程中,氮化层的开裂行为.方法 利用CO2激光辅助氮化的方法在钛合金表面制备氮化钛涂层,观察氮化层的宏观、微观形貌,分析组织结构特征,测定氮化层残余应力,研究基体厚度、激光扫描工艺参数对氮化层表面形貌和裂纹情况的影响.结果 钛合金经单道或多道激光氮化后,表面形成非均匀氮化钛层,其显微结构为沿主干轴交叉生长的枝状晶组织,存在数量和尺寸不等的显微裂纹.较薄试样经单道激光氮化后,表面呈现较低的残余压应力状态,较厚试样则以拉应力为主;试样经多道激光氮化后,整个氮化区表面均呈现残余压应力状态.结论 枝状氮化层与基体组织高度结合,不易脱落,但受基体约束作用,氮化层内的拉伸热应力导致其冷却过程中形成微裂纹.随着试样厚度和氮化面积的增加,较高的热应力使得裂纹密度和裂纹尺寸增加,严重影响氮化层的质量.残余应力是热应力和相变应力叠加的结果,对于多道激光氮化工艺而言,大面积氮化使得相变压应力增加,同时后热效应使得热应力降低,最终呈现出残余压应力状态.
关键词:
激光氮化
,
显微组织
,
裂纹
,
应力
赵辉
,
许京荆
,
刘柯钊
,
张永彬
,
马玉屏
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.14.034
针对工件铀的表面激光氮化工艺,考虑铀的固-液相变过程中各物理参数随温度的变化,结合计算流体软件FLUENT中流体体积函数(VOF)模型计算气-液相界面处的降膜解吸传质过程.进行了铀的瞬态激光氮化传热传质耦合数值仿真,仿真分析研究了不同工艺参数下瞬态温度场和流场的分布,同时获得渗氮量在铀表面和深度上的分布.分析结果表明,因激光局部加热引起的表面张力梯度导致的Marangoni对流对铀表面氮化过程中的传热和传质有很大的影响.其中渗氮量在不同工艺参数下的数值结果与试验结果相吻合,验证了数值模型的可行性,为激光氮化的理论分析和工艺指导提供了理论和方法.
关键词:
Marangoni对流
,
激光氮化
,
数值模拟
,
降膜解吸
,
VOF
赵辉
,
许京荆
,
陈志磊
,
张永彬
材料科学与工程学报
doi:10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2016.06.028
基于非等温产生的表面张力梯度导致熔池区域内的马兰戈尼对流对激光氮化传热和传质过程有重大的影响.本文采用计算流体软件Fluent对钛的激光氮化过程进行探究和重现,结合传热过程中材料温升引起的相变模型及流体体积函数(VOF)模型分析气-液降膜传质机理,通过建立瞬态激光氮化温度场和浓度场的耦合模型,对激光氮化过程的传热,熔池流动和传质机理进行数值模拟.分析结果给出了钛工件的熔池形成、内部流动、氮化层的氮含量及其分布与激光参数之间的关系,为激光氮化工艺参数优化提供了理论依据.
关键词:
激光氮化
,
马兰戈尼对流
,
传热传质
,
数值模拟
,
VOF
张辉
,
付尧
,
张成成
,
候乃先
,
邓国坚
中国表面工程
doi:10.11933/j.issn.1007-9289.2016.04.016
表面处理是提高钛合金抗冲蚀性能的重要途径.采用激光氮化涂层过程中同步送Al粉的方法,在Ti6Al4V合金表面制备了一层均匀的TiN/Al复合涂层,涂层内没有微观裂纹和孔洞.研究结果表明:激光扫描速度对复合涂层的微观结构、硬度及抗冲蚀性能有着重要的影响.随着激光扫描速度的增加,复合涂层的厚度降低.在复合涂层最表面存在一层平均厚度大约为2～3 μm的连续的氮化物陶瓷层,涂层内部存有大量的枝状晶组织.复合涂层的微观硬度和抗冲蚀性能明显高于Ti6Al4V合金基体.当激光扫描速度从240 mm/min升高到720 mm/min时,涂层表面的微观硬度从1 600 HV0.1降低到1 200 HV0.1,而且涂层的冲蚀失重也逐渐降低.这主要是因为随着激光扫描速度的降低,由于反应时间的增加,导致涂层中TiN硬质相的含量也在增加.
关键词:
激光氮化
,
复合涂层
,
抗冲蚀性能
Y.L. Yang
金属学报(英文版)
The mixing technology of laser and heated nitrogen was applied to improve the surface hardness of titanium alloy (TC4). The samples were nitrided with laser power density of 6.5×105W·cm-2, the scanning speed various from 100 to 500mm·min-1. The nitrogen gas was pre-heated to 300℃ to accelerate the nitriding process. Some interested samples were tested with XRD method (X-ray diffraction) to analyze the composition of nitrides, and the surface hardness of HV was measured. The results show that TiN and Ti2N were formed on the surface of Ti alloy with proper nitriding parameters, but TiN is the main composition. The surface hardness increased by three times, which is from the original value of 269 to 794kg·mm-2. The mechanism of the mixing technology is considered mainly of the activation of nitrogen by laser power and the pre-heated process which accelerated the nitriding process. The nitridation process can be considered as six steps given in detail. The result by analyzing the mechanism of improving the surface property of TiAl alloy shows the improvement of surface property due to two factors: the first reason is the result of laser annealing, and the second one is the formation of TiN.
关键词:
laser nitridation
,
表面硬度
,
钛合金
,
X射线衍射
