钛及钛合金表面改性技术研究进展

钛及钛合金由于其具有良好的特殊性能,应用领域也越来越广泛。但由于钛合金耐磨性比较弱,存在一定的缺陷,这又会限制其进一步拓宽发展领域。为了解决钛及钛合金使用范围等问题,众多科学家进行了大量的研究。本文从钛及钛合金表面改性技术研究进展出发,阐述传统和先进的表面处理技术研究,以及其相应的未来展望。     

激光表面改性技术的现状与进展

一、引言 自从1960年世界上第一台红宝石激光器问世以来,随着激光设备和技术的发展,激光已被广泛应用于科学技术和工业部门的众多领域。目前激光加工业正以约 30％的年增长率迅速发展着。据报道,1990年世界上已安装激光加工系统约5200台。激光加工的内容包括打孔、切割、焊接和表面改性处理等。激光表面改性处理所占比重不大,在整个激光加工具中约占15％,但由于其独特的优点,在多种表面技术中是一个研究开发工作十分活跃的领域。本文简要介绍近年来激光表面改性技术的研究现状和主要进展。 二、激光相变硬化（LTH）     

钛系生物医用材料表面粗糙度影响细胞黏附的新进展

详细介绍粗糙表面细胞的黏附机理,结合表面加工方法较全面地总结和分析钛系材料不同表面粗糙度对细胞黏附的影响及细胞黏附的表面粗糙度模型。综述表明：粗糙表面通过改变表面力场、表面电荷和表面能、增加比表面积及表面缺陷等方式促进细胞在植入体表面的黏附;钛系材料表面粗糙度对不同细胞黏附的影响不同,粗糙表面可促进细胞基因表达;由于表面加工方法造成表面化学状态变化并影响表面电荷和表面能,所以应根据不同的表面加工方法来设计植入体的表面形貌,以获得适合细胞黏附的表面粗糙度。此外,探讨钛表面细胞吸附的分子动力学研究方法,结果显示可利用分子动力学方法在分子水平研究表面特征对蛋白质和细胞黏附的影响机理。     

铝表面等离子喷涂陶瓷层的激光改性

用激光重熔和激光二次熔覆的方法,对铝表面的等离子喷涂陶瓷层进行了改性处理,实验结果表明,激光重熔和激光二次熔覆处理可以显著地改变铝表面等离子喷涂陶瓷层的结构和性能,但不同的处理方式对涂层状态,涂层结构等方面有不同的影响。等离子喷涂后激光二次熔覆工艺是更有效地改性方法。     

钛合金航空花键副表面改性的微动摩擦性能测试研究

针对钛合金航空花键副表面耐磨性能不足及微动磨损问题,开展了四种花键表面改性/镀层的摩擦性能测试及分析研究工作,测试了四种花键表面改性/镀层的摩擦系数范围及其随载荷的变化趋势,验证分析了载荷、微动频率、行程、润滑及温度等条件对四种花键表面改性/镀层摩擦性能的影响规律,对于钛合金航空花键副表面改性/镀层的选择和应用具有一定的指导意义。     

激光表面改性在液压油缸加工中的应用

在介绍了激光表面改性特点的基础上,对其在液压油缸的缸体和活塞杆的表面改性处理方法和特点进行了介绍,为液压油缸的机械加工提供了一条新的途径。     

激光表面改性技术在工业中的应用

激光表面改性技术作为一种独特而有效的表面处理手段,在工业生产中具有广泛的应用前景。本文介绍了该技术的基本情况、显著优点和局限性,以及在工业生产中的应用,阐述了激光熔覆技术及其修复功能。     

激光表面合金化裂纹的研究

对铸铁进行了大量的激光表面合金化试验研究,找出了工艺参数、基材类型、试样的几何尺寸和合金粉末种类对激光表面合金化裂纹率的影响规律。     

激光表面处理技术在模具上的应用

介绍了激光表面处理技术,特别是激光表面淬火激光表面熔覆和激光表面合金化的特点及在模具上的应用。     

钛合金激光清洗及其对激光焊接气孔的影响

采用砂纸打磨、酸洗、激光清洗等方式对Ti6Al4V钛合金进行焊前清洗。通过扫描电镜、白光干涉仪、能谱仪分析了各种清洗方式下的表面形貌、粗糙度和化学成分,研究了不同清洗方式及参数对清洗效果的影响。在均匀熔透和表面质量良好的同一激光焊接条件下,比较了不同清洗条件对气孔率的影响。合适的激光清洗可有效清除焊接试件表面氧化层,并改善表面粗糙度,得到较低的气孔率,其焊缝可达到中国航天工业行业标准I级焊缝要求。     

钛合金的表面强化技术

钛合金具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高及良好的生物相容性等优点,被广泛应用于航空航天,船舶制造,生物医学等领域,但其硬度低,粘着磨损敏感,表面耐疲劳和耐磨损性能差等缺点使其应用受到限制。本文综合评述了表面强化技术在钛合金中的应用现状、存在的问题及研究进展。     

NURBS曲面权因子及其在曲面修形中的应用研究

对非均匀有理B一样条(NURBs)的权因子作了分析研究。首先，阐述了NURBS曲面权因子的几何意义，说明权因子是有关四点的交比；分析了权因子的极限性质以及零权因子对曲面形状的影响。其次，就曲面上一点在控制顶点方向或任意方向移动的情况，给出了曲面形状调整时权因子的计算公式；最后，给出了曲面权因子调整的应用算例。     

TC17钛合金低温铣削表面粗糙度预测

进行了TC17钛合金低温铣削试验,研究了不同切削条件下的已加工表面粗糙度.采用回归分析方法建立了表面粗糙度经验模型,研究了射流温度、每齿进给量、铣削速度和径向切削深度对表面粗糙度的影响规律.基于BP神经网络建立了表面粗糙度预测模型,并与经验模型进行了对比分析.研究结果表明,基于经验模型表面粗糙度值与参数间存在强相关性(...     

钛合金和镍合金加工用新型刀具材料的研究进展

对钛合金和镍合金加工用新型刀具材料的种类、特性等研究现状进行了综合评述,详细阐述了涂层和无涂层硬质合金刀具、聚晶金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具在钛合金和镍合金材料加工过程中的磨损及切削加工后的表面完整性问题,并指出了当前研究中存在的问题和未来的发展趋势。     

激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头疲劳性能的影响

对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头进行激光冲击强化,对比强化前后焊接接头的疲劳寿命,在光学显微镜和扫描电镜下观察断口疲劳断裂特征,并从焊接接头的显微硬度、微观组织、残余应力分布等方面综合分析激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头的强化机理。试验结果表明：未强化和强化试样均在焊缝咬边处萌生疲劳裂纹,强化试样疲劳寿命是未强化试样疲劳寿命的3.77~9.15倍,强化试样焊缝咬边处马氏体细化,显微硬度提高,焊缝表面呈残余压应力分布,焊缝咬边处残余压应力达-564.37±9.85MPa。晶粒细化和高幅值残余压应力综合作用下抑制了焊缝咬边处疲劳裂纹的萌生,且增大了裂纹扩展阻力,从而提高了焊接接头疲劳性能。     

钛合金加工用铣刀的设计探讨

通过对钛合金切削性能的分析,选取合适的刀具材料,设计出合理的铣刀结构参数、几何参数,较好地实现钛合金的铣削。     

钛合金精密铣削的表面粗糙度研究

进行了精密铣削钛合金粗糙度试验研究,采用正交分析方法,分析切削三要素铣削速度、进给量、铣削深度对表面粗糙度的影响规律,试验采用直径为2mm的3刃铣刀进行铣削。试验结果表明：表面粗糙度影响顺序依次是进给量、切削速度、切削深度。进给量选为0．01—0．05mm／min时,表面粗糙度随进给量的增大而增大。铣削深度在60—150μm、铣削速度在18．84-47．10m／min试验范围内,最优铣削速度为37．68m／min。而铣削深度对钛合金表面粗糙度影响不大。     

钛及钛合金的表面渗氧强化技术

钛及钛合金具有比强度高、耐蚀性好、良好的高温性及生物相容性等优点,是新兴的结构和功能材料,但由于其表面耐疲劳和耐磨损性能差等缺点使其应用受到限制。表面渗氧强化技术是提高钛合金表面性能的一种有效手段,本文综合评述了表面渗氧技术在钛及钛合金中的应用现状及研究进展。