钛合金激光表面改性技术研究现状

钛合金密度小, 比强度高, 具有良好的耐蚀性、 疲劳抗力, 广泛应用于航空航天、 国防、 汽车、 医疗等领域。然而, 钛合金摩擦系数高、 对粘着磨损和微动磨损非常敏感、 耐磨性差及高温抗氧化性差等缺点, 制约了它的应用。表面改性技术, 尤其是激光表面改性技术为这一问题的解决提供了一条有效的途径, 综述了国内外钛合金激光表面改性技术的研究现状, 主要介绍了激光熔覆、 激光合金化和激光熔凝技术及其在钛合金表面

钛合金激光表面改性技术研究现状

ＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｅｓｏｆＬａｓｅｒＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＴｉｔａｎｉｕｍＡｌｌｏｙｓ

２２２２

王东生１，田宗军１，沈理达２刘志东１，黄因慧１，

江苏南京２１００１６１南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室，!"２南京航空航天大学机电学院，江苏南京２１００１６

ＷａｎｇＤｏｎｇｓｈｅｎｇ１，２ＴｉａｎＺｏｎｇｊｕｎ１，２ＳｈｅｎＬｉｄａ２ＬｉｕＺｈｉｄｏｎｇ１，２ＨｕａｎｇＹｉｎｈｕｉ１，２

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１ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄＭｉｃｒｏ－ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１００１６，ＣｈｉｎａＣｈｉｎａＮａｉｊｉｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１００１６，

２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，

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摘要钛合金密度小，比强度高，具有良好的耐蚀性、疲劳抗力，广泛应用于航空航天、国防、汽车、医疗等领域。然

而，钛合金摩擦系数高、对粘着磨损和微动磨损非常敏感、耐磨性差及高温抗氧化性差等缺点，制约了它的应用。表面改性技术，尤其是激光表面改性技术为这一问题的解决提供了一条有效的途径，综述了国内外钛合金激光表面改性技术的研究现状，主要介绍了激光熔覆、激光合金化和激光熔凝技术及其在钛合金表面改性中的应用，并对其存在的主要问题及当前的研究热点：激光表面改性工艺参量优化、激光改性过程中裂纹产生机理及裂纹控制、复合激光表面改性技术、纳米改性层、功能梯度改性层、激光原位合成、激光熔覆非晶涂层、超短脉冲激光表面改性以及激光改性过程的数值模拟等进行了讨论。

关键词激光技术；表面改性技术；激光熔覆；激光合金化；激光熔凝；钛合金Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓａｒｅｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎａｖｉａｔｉｏｎ，ｎａｔｉｏｎａｌｄｅｆｅｎｓｅ，ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，ｍｅｄｉｃｉｎｅａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｌｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄｇｏｏｄｆａｔｉｇｕｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｅｔａｌ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｉｒｈｉｇｈｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｔｏａｄｈｅｓｉｖｅｗｅａｒａｎｄｆｒｅｔｔｉｎｇｗｅａｒ，ａｓｗｅｌｌａｓｗｅａｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｗｅａｒａｎｄｂａｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｏｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｔｒｉｃｔｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓ．Ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｆｅｒｓａｗａｙｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｆｏｒｅｉｇｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｔｈｅｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ，ｌａｓｅｒａｌｌｏｙｉｎｇａｎｄｌａｓｅｒｍｅｌｔｉｎｇａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｒｅｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｏｆｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓ，ｓｕｃｈａｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｒａｃｋｆｏｒｍｉｎｇａｎｄｃｒａｃｋｃｏｎｔｒｏｌｄｕｒｉｎｇｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｃｏａｔｉｎｇ，ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙｇｒａｄｉｅｎｔｃｏａｔｉｎｇ，ｌａｓｅｒｉｎ－ｓｉｔｕｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇａｍｏｒｐｈｏｕｓｃｏａｔｉｎｇ，ｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｕｌｔｒａｓｈｏｒｔｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｓａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅ

ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ；ｌａｓｅｒａｌｌｏｙｉｎｇ；ｌａｓｅｒｍｅｌｔｉｎｇ；ｔｉｔａｎｉｕｍ

ａｌｌｏｙ

中图分类号ＴＧ１５６．９９

１引言

钛合金密度小，比强度高，具有良好的耐蚀性、疲

劳抗力，被广泛应用于航空航天、国防、汽车、医疗等

２］

。然而，钛合金摩擦系数高、对粘着磨损和微动领域［１，

２４

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