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激光冲击强化对TC4钛合金表面TiN涂层界面结合性能的影响

         
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目的 提高TC4钛合金与TiN涂层的结合强度。方法 通过实验研究的方法探索激光冲击强化对TC4钛合金表面TiN涂层界面结合性能的影响。首先,采用不同激光冲击参数(光斑搭接率、功率密度)对其表面进行前处理。利用Wyko NT 1100型非接触式光学轮廓仪(NCOP)测量TC4钛合金试样的表面几何形貌和粗糙度。利用X350A型X射线残余应力测定仪测量TC4钛合金表面残余应力。利用HXD-1000TMSC/LCD型显微硬度计测量冲击表面的显微硬度。其次,采用离子镀膜技术在激光冲击区域制备TiN薄膜,并利用WS-2005型涂层附着力自动划痕仪测试TiN涂层与TC4钛合金的界面结合力,分析激光冲击前处理对TiN涂层界面结合性能的影响。最后,通过摩擦磨损试验验证激光冲击强化前处理改善涂层界面结合性能的有效性。结果 在动态加载载荷为50 N、加载速率为50 N/min、划痕长度为4 mm的测试条件下,未经激光冲击处理的TiN涂层与基体的结合力为28.9 N,经激光冲击前处理后A1—A5试样的结合力分别提升至32.3、33.2、34.9、36.8、39.6 N,前处理对界面结合力的提升幅度分别为11.76%、14.88%、20.76%、27.34%、37.02%。在试验负载为7.5 N、往复行程为5 mm、往复频率为2 Hz、测试时间为25 min的干摩擦条件下,A1—A5试样的磨损率分别降至3.79×10^(-5)、9.8×10^(-6)、8.82×10^(-6)、4.32×10^(-6)、1.24×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。结论 激光冲击强化前处理可以有效提高TiN涂层的界面结合力,提高涂层的耐磨损性能。激光参数中光斑搭接率对涂层界面性能的影响最显著,50%的搭接率可使激光强化效果均匀,在50%搭接率、6.43 GW/cm^(2)功率密度的激光参数作用下可以获得最优的界面结合性能和耐磨效果。

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