1. Endurecimiento por láser
El enfriamiento de superficies con láser utiliza principalmente un rayo láser de alta energía para irradiar la superficie de un metal o aleación, y el efecto térmico generado hace que la superficie del sustrato forme un proceso de calentamiento sólido que no excede el punto de fusión. Al mismo tiempo, la transformación de fase se fortalece en la superficie del metal mediante el uso de la presencia de transformación isomérica en el material de la matriz combinada con el calentamiento por láser y el efecto de autoenfriamiento del material. Para las aleaciones de titanio, se han realizado estudios en esta área en el país y en el extranjero desde principios del siglo XX. Dai Zhendong et al. mejoró significativamente la dureza de la aleación de titanio TC11 mediante enfriamiento por láser de escaneo de superficie, y su coeficiente de fricción se pudo reducir al original 0.2 ~ 0,3, y la resistencia al desgaste por fricción se incrementó 123 veces, lo que mejoró enormemente las propiedades superficiales de la aleación. La estructura de la superficie y las propiedades de la aleación de titanio TC11 fueron optimizadas por Zhang Hong et al. Los resultados muestran que el enfriamiento con láser puede refinar obviamente la estructura de la superficie y mejorar la dureza y la resistencia al desgaste. Zhang Qi et al., a través del estudio de varias aleaciones de titanio tratadas mediante autoenfriamiento con láser y solidificación rápida, confirmaron que el tratamiento de autoenfriamiento no solo refina la estructura del grano de la aleación, sino que también hace que la composición química de la superficie sea más homogénea. , y la relación de segregación después del enfriamiento se puede reducir del estado original de 1,28 a 1,04, y no se encuentran agujeros, grietas ni otros defectos en la capa de enfriamiento. Se puede obtener una superficie de aleación lisa y uniforme.
2. refundición de superficies por láser
La refundición de superficies con láser es un método para fundir y solidificar la superficie del sustrato rápidamente irradiando la superficie del material bajo la protección de una atmósfera de argón, para refinar la estructura y mejorar el rendimiento del material. Guo Chun et al. llevó a cabo un tratamiento de refundición láser en la superficie de la aleación TC4 mediante rayo láser. Después de la observación microscópica, se perfeccionó la estructura de la superficie de la matriz y también se mejoraron significativamente las propiedades de la superficie, como la dureza y la resistencia al desgaste. Además, algunos investigadores utilizaron láser Nd∶YAG para refundir la superficie de la aleación de TiNi, y la combinación metalúrgica de la capa de revestimiento y la matriz es buena, puede formar una película de pasivación densa y continua y la resistencia a la corrosión mejora significativamente. Mediante el tratamiento de fusión de la superficie con láser del titanio puro industrial TA2, Dai Jingjie cree que la mejora de la resistencia al desgaste de la superficie se debe a la distorsión de la red, el fortalecimiento de los cristales finos y el fortalecimiento de la dislocación causados por el proceso de fusión. Sin embargo, la refundición de la superficie no mejora el rendimiento de todos los materiales de aleación de titanio, y también es posible que su rendimiento se deteriore. Los resultados muestran que los granos formados por la fusión superficial con láser de la aleación de titanio TA15 son anormalmente gruesos.
3. Reparación de superficies con láser
La reparación de superficies por láser se puede clasificar como una rama de la tecnología de reparación por conformado por láser, y también es una síntesis de la tecnología de conformado por láser y la tecnología de revestimiento por láser, que es una aplicación y un desarrollo adicionales en el campo de la reparación de piezas metálicas. Los defectos superficiales del titanio y las aleaciones de titanio se pueden eliminar mediante el uso de tecnología de reparación de superficies con láser. Las grietas en la superficie de la aleación de titanio se pueden curar mediante reparación con láser. Después de la reparación con láser, el valor de dureza de la matriz alrededor de la zona modificada aumenta y la curva de dureza entre la zona modificada y la zona afectada por el calor es relativamente plana.
4. Aleación de superficies por láser
La aleación de superficie por láser es un método que utiliza un rayo láser de alta energía para calentar y fundir rápidamente la superficie del material para promover la reacción de aleación de la superficie, a fin de mejorar las propiedades de la superficie de la aleación, que se puede dividir en aleación de gas de superficie y aleación de polvo superficial.
El gas introducido mediante la aleación de gases es principalmente N2 o su mezcla, también conocida como nitruración de gas por láser. Es en una atmósfera de nitrógeno, el uso de un rayo láser de alta energía para activar los átomos de nitrógeno, la acción de alta temperatura para derretir la superficie del material, el átomo de N activo y la fase líquida del metal fundido Ti piscina reacción de aleación, formando una dura fase TiN.
5. Revestimiento láser
El revestimiento de superficies con láser también se puede clasificar como una tecnología de modificación de superficies y es la base de la reparación de superficies con láser. Es el uso de un rayo láser de alta densidad de energía para agregar el material de revestimiento y la superficie del sustrato, tecnología de fusión, en la superficie base para formar el material de revestimiento y el sustrato, una buena combinación metalúrgica de capa de revestimiento.
El proceso de revestimiento por láser va acompañado de una aleación por láser, pero en comparación con la aleación por láser simple, el material de la capa de revestimiento no se mezcla completamente con la matriz para la reacción de aleación, lo que puede reflejar mejor las propiedades especiales del material de revestimiento. En la actualidad, existen muchos sistemas de materiales utilizados para el revestimiento láser de titanio y aleaciones de titanio, incluidos C, B, N, Si y Ni. Según la composición y las propiedades de la capa de revestimiento, los revestimientos preparados se pueden dividir en revestimientos resistentes al desgaste, revestimientos resistentes a la oxidación a alta temperatura, revestimientos biológicos y revestimientos de barrera térmica.
5.1 Revestimiento resistente al desgaste
La resistencia al desgaste de la aleación de titanio es pobre en comparación con otras propiedades, por lo que la modificación de la superficie con láser se centra más en mejorar la resistencia al desgaste de la matriz. En general, cuanto mayor sea el contenido de fase dura en el revestimiento resistente al desgaste, mayor será la dureza y mejor la resistencia al desgaste. Existen muchos materiales de revestimiento que pueden mejorar la resistencia al desgaste de las aleaciones de titanio, incluidos B, C, Ni, Si, B4C, Cr2C3, TiC, BN, SiC, TiB, TiB2 y Al2O3.
5.2 Recubrimiento antioxidante
Las piezas estructurales para aplicaciones de ingeniería suelen estar en servicio a largo plazo en condiciones de alta temperatura. Para reducir o evitar la reacción química o electroquímica entre O, S, N y otros elementos en la atmósfera de trabajo a alta temperatura y la matriz, generalmente se construye una capa protectora densa a alta temperatura en la superficie para proteger la matriz de ser destruido.
5.3 Revestimiento de barrera térmica
La temperatura de funcionamiento en la industria aeroespacial, motores de turbina de gas y otros entornos ha alcanzado la temperatura límite de los materiales de superaleación. El revestimiento de barrera térmica de materiales de aleación combina el rendimiento de los materiales metálicos con las ventajas de la resistencia a altas temperaturas de los materiales cerámicos para desempeñar el papel de aislamiento térmico de los materiales cerámicos para que las piezas puedan funcionar normalmente en condiciones de alta temperatura.
5.4 Recubrimientos biológicos
Se deposita un recubrimiento bioactivo sobre la superficie de la aleación de titanio mediante tecnología de revestimiento láser, lo que hace que la implantación de la aleación de titanio muestre una mejor biocompatibilidad.
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