含氮气氛下激光选区熔化TC4组织与性能研究
摘要
针对TC4钛合金在高负载、高摩擦环境下耐磨性能不足的问题，在不同氮气浓度氛围下，通过激光选区熔化（SLM）技术成形了TC4合金，实现了SLM同步氮化。这一工艺不仅显著提升了TC4合金的耐磨性能，还提高了高耐磨性钛合金的制备效率。采用扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机和电化学工作站，对不同氮气浓度氛围下成形的TC4合金的显微组织、显微硬度、耐磨性能和耐蚀性能进行了测试。深入分析了氮气浓度对SLM成形TC4合金组织结构及性能的影响，并探讨了氮气在SLM成形过程中的作用机制。实验结果表明，当氮气体积分数为25%时，氮元素主要以固溶体形式存在，且β柱状晶数量减少；随着氮气体积分数进一步提高，氮化钛组织逐渐出现并增多，其形貌也逐渐向树枝晶转变。高氮气体积分数可显著提高TC4合金的耐磨性能，但过高的氮气体积分数会导致耐蚀性能下降。因此，为使SLM成形的TC4合金兼具良好的耐磨性和耐蚀性，氮气体积分数应控制在25%到50%之间。在SLM成形过程中，氮气在温度场作用下，使TC4钛合金粉末发生预氮化。随着预氮化粉末的熔化，氮气进入试样内部。同时，氮气还会通过熔池表面的气/液界面进入试样，与钛发生反应生成氮化物。这些氮化物会通过熔池内的对流作用进一步向试样内部扩散和传质。
引用本文（GB/T 7714）
吴国龙 Wu Guolong, 王杰 Wang Jie, 张天亮 Zhang Tianliang, 等. 含氮气氛下激光选区熔化TC4组织与性能研究[J]. Chinese Journal of Lasers, 2025.
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