雷射處理非晶化合金表面的結構和性能研究

《雷射處理非晶化合金表面的結構和性能研究》是依託北京航空航天大學，由逄淑傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雷射處理非晶化合金表面的結構和性能研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：逄淑傑
• 項目類別：面上項目

項目摘要

非晶合金的高耐腐蝕性能和高硬度使其非常適合套用於表面及塗層材料。近二十年來，大量塊體非晶合金的發現使採用雷射處理獲得理想的非晶表面成為可能。我們研究發現，利用雷射表面熔化使合金表面非晶化不僅可以改善表面性能，且形成了從非晶表面到晶態基體的層次豐富的結構梯度。因此，針對採用雷射表面處理實現合金表面非晶化和所獲得的表面結構與性能開展研究在基礎和套用方面都具有重要價值。本項目擬系統研究合金的非晶形成能力及雷射表面熔化工藝對表面非晶層的形成及厚度的影響，揭示從非晶表面到晶態基體的多層次結構形成機理，建立腐蝕、摩擦磨損行為與合金結構及殘餘應力的關聯，並探索熨壓加工等進一步改善非晶合金腐蝕行為等性能的新途徑。在此基礎上，探索在商用鋁合金等表面雷射熔覆製備高性能非晶塗層。本項目工作將為利用雷射處理製備非晶表面及控制合金表面性能提供理論和實驗基礎，進一步理解合金表面性能與結構的關係，促進非晶合金的套用。

結題摘要

非晶合金的高耐腐蝕性能和高硬度使其非常適合套用於表面及塗層材料。近二十年來，大量具有高非晶形成能力的塊體非晶合金的發現使採用雷射處理獲得理想的非晶表面成為可能。我們研究發現，利用雷射表面熔化使合金表面非晶化不僅可以改善表面性能，而且形成了從非晶表面到晶態基體的層次豐富的結構梯度。因此，針對採用雷射表面處理實現合金表面非晶化和所獲得的表面結構與性能開展研究在基礎和套用方面都具有重要價值。本項目系統研究了合金的非晶形成能力及雷射表面熔化工藝對表面非晶層形成的影響，發現非晶形成能力較高的Ti基、Zr基、Fe基、Ni基等合金經雷射表面熔化後較容易形成非晶表面，雷射表面熔化工藝參數中的載入電壓和掃描速度對非晶表面的形成影響較大，並針對上述合金建立了獲得非晶表面的雷射處理工藝。發現雷射表面熔化可以使具有一定非晶形成能力的合金形成從非晶表面到晶態基體的梯度結構，但不同的合金體系具有不同的非晶-晶體過渡層結構；非晶表層厚度與合金的非晶形成能力、雷射能量密度及合金對雷射能量的吸收率有關，並揭示了該多層次梯度結構的形成機理。在此基礎上的實驗結果表明，非晶結構有助於獲得高耐腐蝕性能，非晶基體中晶體相的出現會導致耐腐蝕性能的降低；通過對合金進行雷射表面熔化獲得非晶表層可顯著提高硬度、改善表面性能，從而進一步揭示了合金的腐蝕行為、硬度等性能與微觀結構的關聯。在上述研究結果基礎上，採用雷射表面熔覆技術、利用非晶粉末製備了高硬度、耐腐蝕非晶塗層。此外，通過雷射表面熔化工藝設計及熨壓加工實現了對非晶合金表面殘餘應力的調控，顯著提高了非晶合金的塑性及耐腐蝕性能，為進一步提高非晶合金的性能提供了新途徑。本項目研究成果將為利用雷射處理製備非晶表面及調控合金的性能提供理論和實驗基礎，有助於進一步深入理解合金的性能與結構的關係，促進非晶合金的套用。