材料腐蚀与防护作业：钛合金的激光表面处理技术

《材料腐蚀与防护作业：钛合金的激光表面处理技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、钛合金激光表面处理技术Overviewoflasersurfacetreatmentfortitaniumalloys学院：研究生学院专业班级：材料工程201204班学号：2012168学生姓名：麻明章任课教师：张松（教授）2013年材料腐蚀与防护（作业）目录引言11钛合金的腐蚀行为及机理11.1钛合金的应力腐蚀机理21.2钛合金的孔蚀和缝隙腐蚀机理21.3钛合金的接触腐蚀机理32钛合金激光表面改性32.1激光表面合金化32.1.1激光气相合金化42.1.2激光固相合金化42.2钛合金激光熔覆处理52.3钛合金激光熔凝处理52.4钛合金的脉冲激光沉积处理63钛合金激光表面处理存在的问题

2、及解决措施74总结与展望8参考文献：911材料腐蚀与防护（作业）钛合金的激光表面处理技术引言：钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金具有相对密度小、强度高、抗氧化和腐蚀性能好等特点被广泛应用于航空航天领域，被誉为“太空金属”[1]；它又具有优异的抗腐蚀能力、无磁性等，是一种优秀的舰船结构材料，被誉为“海洋金属”[2]；近年来，随着钛工业的不断发展，钛合金已经在民用领域中得到了广泛应用，如汽车、建筑、医用、体用品等方面，被誉为“全能金属”[3]。但钛合金仍存在一些缺陷，由于易产生粘着性磨损，所以其在摩擦条件下的应用受到了限制。另外，钛合金在高温下的抗氧化和耐蚀性能也不理

3、想，这是由于钛在高温下与氧的亲和力较高之故。表面处理可有效提高钛合金的性能。钛合金的表面处理大致经历了三个阶段：一是以电镀、化学镀、热扩散为代表的传统表面处理技术阶段;二是以等离子体、离子束、电子束等的应用为标志的现代材料表面技术阶段;三是各种表面处理技术的综合应用和膜层结构设计阶段［4］。但传统的表面改性处理如渗碳、渗硼和渗氮等存在着处理周期长和工件易变形等缺点；热喷涂技术制备的涂层存在着组织结构疏松且与基体的结合力较弱等不足。由于激光束具有良好的相干性和方向性，故被广泛用于对各种金属材料的表面改性处理。因此，利用激光表面改性技术在钛合金表面形成耐磨、耐蚀或具有生物活性的表面层，便能

4、弥补钛合金的不足。激光处理与传统的热处理方法相比有许多优点，包括工件畸变较小，基体对熔覆层的稀释度低，可较精确地控制处理层的宽度和深度，能够选择性地处理工件的特定表面。1钛合金的腐蚀行为及机理钛合金腐蚀形式可分为均匀腐蚀和局部腐蚀。局部腐蚀又分为应力腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀以及接触腐蚀等。一般而言，钛合金的成分、组织、晶粒度、晶体缺陷、性能、热处理以及表面状态等都会对其腐蚀行为和腐蚀程度产生不同的影响[5-6]。11材料腐蚀与防护（作业）1.1钛合金的应力腐蚀机理腐蚀和拉应力同时作用使金属产生破裂，称为应力腐蚀。大致过程为：金属表面生成的保护膜在拉应力的作用下产生局部破裂，产生孔蚀或缝隙腐

5、蚀，孔蚀或缝隙腐蚀一方面向纵深发展；另一方面又由于拉应力的作用使缝隙两端的膜反复破裂，使腐蚀沿着与拉应力垂直的方向前进，形成裂缝，严重时导致断裂[6-8]。钛合金的应力腐蚀(SCC)机理分为阳极溶解型和氢致开裂型两类。关于阳极溶解型应力腐蚀机理的最新研究表明，SCC发生时，随着表面钝化膜或疏松层的形成和保持，会产生一个很大的附加拉应力，从而在很低的外应力下，位错就开始发射和运动。当腐蚀致使局部塑性变形发展到临界状态时，局部区域(如无位错区或位错塞积群前端)的应力集中就等于原子键合力，从而导致SCC微裂纹形核。由于介质的作用，这种微裂纹并不钝化成空洞，而是以解理方式扩展或沿晶界扩展，从而

6、引起低应力脆断。氢致开裂型应力腐蚀涉及H+的迁移、H+的放电。吸附在金属表面的一部分氢原子复合成分子，并以气泡的形式逸出;另一部分氢原子变成溶解型吸附原子，然后去吸附溶解在金属中的原子氢，在应力的作用下，富集在金属内部的应力集中区，导致金属材料低应力脆断[6]。1.2钛合金的孔蚀和缝隙腐蚀机理孔蚀即腐蚀在钛合金孔内进行，是一种高度集中局部腐蚀形态，其破坏性比全面腐蚀大得多。这是因为若钛合金表面存在微小缺陷，在其微小缺陷处的金属电位低而成为阳极，且由于缺陷处面积小，腐蚀电流高度集中，腐蚀会迅速向内发展而形成蚀孔。蚀孔形成后，孔内氧消耗，进一步成为氧浓差电池的阳极，加速孔内腐蚀。另外，邻接

7、蚀孔的表面由于产生阴极还原反应(获得阴极保护)而不受腐蚀，因此腐蚀在孔内进一步向纵深发展，而不在大面积上均匀进行[6,9-11]。这样小而深的孔可能最终使钛合金腐蚀穿孔，引起物料流失，严重时还可能会引起火灾、爆炸等事故发生，是破坏性和隐患极大的腐蚀形态之一。腐蚀发生在缝隙内称为缝隙腐蚀，它的发生和发展的机理与孔蚀类似。当钛合金存在缝隙时，缝隙内缺少氧化性物质，从而使其成为阳极而迅速腐蚀。缝隙腐蚀常常发生在钛合金紧固件上，11材料腐蚀与防护（作业