Ti6Al4V表面激光改性层重熔处理的微观组织特征及宽温域摩擦学性能研究

成前前, 万善宏, 易戈文, 张鹏林, 王文珍

(1.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室, 甘肃 兰州 730000;2.兰州理工大学 材料科学与工程学院, 甘肃 兰州 730050)

以Ti6Al4V为代表的轻质钛合金材料具有高强度比、优异的耐蚀性和生物相容性等性能优势，是航空航天汽车、石油化工及生物医学领域备受关注的重要材料之一[1].然而，钛合金表面硬度低，在摩擦测试过程中存在摩擦系数高、易磨损、易黏着以及高温氧化严重等问题，严重限制了钛合金作为运动部件的使用工况[2-3].因此，采用激光辅助气体强化钛合金表面，有效提升钛合金表面强韧度以及耐磨耗性能，是解决上述问题的有效途径之一[4-7].

激光辅助气体强化钛合金表面主要是激光熔化-凝固原位生成强化相的过程[8-9]，激光氮化是在原位生成强化相的过程中[9]，钛合金的α-Ti相快速固化转变为正交晶格的氮化硬质陶瓷层[10].由于钛合金表面氮化层的热膨胀系数与基体材料相差较大[11]，钛合金表面强化层容易积累拉应力，产生宏观脆性裂纹[12].通过氩气稀释氮气流量，可以减少马朗戈尼对流，从而减少裂纹缺陷的形成，但是也使熔体池中氮渗入量降低[13-14]，所制备的激光氮化层深度减少[15].如直接采用空气气氛对钛基材料表面进行激光氮氧化处理，所制备的钛合金表面强化层化学组成呈非化学计量，结构呈层状，主要化学组成包含氮化物、氧化物、面心立方(FCC)相氮氧化合物、密排六方(HCP) αˊ-Ti相[16-17]，可有……