以TC4 合金為基材，利用連續(xù)激光器對(duì)表面激光滲氮，生成了金黃色的氮化層。用SEM，EDS，XRD 對(duì)試樣滲氮層的微觀組織結(jié)構(gòu)、元素分布以及物質(zhì)組成進(jìn)行了分析，結(jié)果表明生成了氮化鈦的缺位式固溶體。表層由氮化層、熱影響區(qū)及母材組成。滲氮層與基材之間處于完全冶金結(jié)合狀態(tài)，結(jié)合力大，不易剝落。利用顯微硬度儀對(duì)滲氮層進(jìn)行硬度分析，表層硬度提高了4 倍以上，顯微硬度≥1000HV0.3 的厚度超過100 μm。

　　1、引言

　　鈦合金由于高比強(qiáng)度、耐腐蝕性、中低溫性能穩(wěn)定，同時(shí)具有特殊功能，比如：超導(dǎo)，記憶功能等，因而在航空航天、船舶、體育器械、電力、醫(yī)療等領(lǐng)域獲得日益廣泛的應(yīng)用。但是，由于鈦合金屬于粘性材料，硬度低，耐磨性差，限制了進(jìn)一步應(yīng)用，特別是在滑動(dòng)摩擦條件下作為摩擦副零部件的使用范圍。因此如何提高鈦合金的表面硬度及耐磨性是目前研究工作中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)，如等離子噴涂、表面化學(xué)熱處理、氣相沉積技術(shù)、電鍍、離子注入技術(shù)等可以有效提高鈦合金表面耐磨性。但是這些方法都存在一定的缺點(diǎn)，有的需要對(duì)工件進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間整體高溫加熱而引起工件變形，有的鈦合金表面涂層與鈦基材結(jié)合力較弱，容易剝落等等。激光表面滲氮技術(shù)可以獲得具有硬度高、耐磨耐蝕滲氮層的鈦合金。加工后的氮化層與基體屬于原位冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度大，不易剝落。激光表面滲氮是利用高能量密度的激光作用于處在氮?dú)鈿夥罩械拟伜辖鸨砻娌⑹蛊浔砻嫒刍�，氮�(dú)馀c熔池金屬發(fā)生強(qiáng)烈的冶金/化學(xué)反應(yīng)，從而獲得高硬度的氮化層達(dá)到改善表面耐磨性的目的。

　　通過在TC4 表面進(jìn)行激光氣體滲氮，成功獲得以TiN 為增強(qiáng)相的氮化層，重點(diǎn)分析了氮化層的組織結(jié)構(gòu)、滲氮層深度及顯微硬度的變化趨。

　　2、實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法

　　實(shí)驗(yàn)用鈦基材為TC4，其化學(xué)成分如表1 所示。試樣大小為10 mm × 15 mm × 35 mm，其中15mm ×35 mm 面作為激光氣體氮化面。首先用800號(hào)的SiC 砂紙?jiān)嚇颖砻孢M(jìn)行打磨，然后用丙酮擦洗該表面。試驗(yàn)用激光器為GS-TFL-10KWCO2型連續(xù)激光器，激光波長(zhǎng)為10.6 μm。用環(huán)隙噴嘴直接向熔池吹送工業(yè)純氮?dú)�，可以確保在純氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行激光表面氮化，實(shí)驗(yàn)裝置圖見圖1，氮?dú)饬魉贋?5 L/ min，其余工藝參數(shù)見表2。

表1　TC4 合金的化學(xué)成分(單位：wt% )

圖1 激光滲氮試驗(yàn)裝置圖

表2　實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)

　　4、結(jié)論

　　1)對(duì)鈦合金進(jìn)行表面激光滲氮，可生成金黃色的氮化鈦，生成的氮化鈦為缺位式固溶體。

　　2)對(duì)鈦合金進(jìn)行表面激光滲氮，表面最高硬度超過1900 HV0.3(距試樣表面30 μm 處的硬度值)，鈦基材硬度為365 HV0.3，氮化后表面硬度提高了4倍以上，硬度≥1000 HV0.3 的氮化層厚度超過100 μm。

　　3)搭接量的變化對(duì)深度變化影響不大；功率對(duì)氮化層深度值影響較大并且隨著功率的增加其氮化層深度增加；掃描速度對(duì)氮化層深度影響較大，并且在相同的功率及搭接量下，隨著掃描速度的增加其熔深減小。

　　4)當(dāng)有效熱輸入到達(dá)20 J/"3時(shí)，滲氮層深度達(dá)到平穩(wěn)，不再增加。