机械工程学报

作者：吴国龙, 张玉清, 秦心卉, 吴浩, 王晔, 陈智君, 姚建华

单位：1. 浙江工业大学激光先进制造研究院 杭州 310023;2. 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室 杭州 310023;3. 浙江工业大学机械工程学院 杭州 310023;4. 浙江工业大学理学院 杭州 310023

关键词：激光气体氮化,TC4合金,仿生耦合,耐磨性能,抗汽蚀性能；

基金：国家自然科学基金(51975288，51905270)、江苏省自然科学基金面上(BK20231442)和中央高校基本科研业务费专项资金(NT2022014)资助项目。

针对传统激光气体氮化技术在钛合金表面难以大面积加工、易开裂等问题，将激光氮化与仿生织构相结合，提出一种改善钛合金表面耐磨、抗汽蚀性能的仿生结构化激光气体氮化方法。设计制备条纹形、正方形、正三角形和正六边形的仿生结构化表面，并对仿生结构化单元体的显微硬度、微观组织和物相组成进行了详细分析。对比分析整体氮化与结构化氮化试样的耐磨损性能与抗汽蚀性能，并对失效机制进行研究。结果表明：氮化层平均硬度为850 HV0.3、氮化层表层和中部由发达的树枝晶和富氮固溶体组成，物相组成包括α-Ti、TiN及TiNx(0<x<1)，氮化层的磨损以磨粒磨损为主，表面结构的变化起到了缓解汽蚀破坏的作用。整体氮化和结构化氮化试样的耐磨性相比基体均提高了3倍左右，正六边形结构氮化试样的摩擦因数和磨损量最低，结构化氮化试样抗汽蚀性能的提升是表面硬度提升和软硬相间的硬度特征共同作用的结果。利用激光氮化复合仿生织构技术有效改善了钛合金表面的抗汽蚀性能和耐磨性能，且制备的氮化层均匀无裂纹产生。

来源：2024年第21期

《机械工程学报》期刊编辑部

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