《中國表面工程》紀秀林等工作：激光沖擊對鈦基非晶合金摩擦學性能的影響

發布日期：2024-07-22 瀏覽次數：2584

鈦基非晶合金（BMG）由于其內部無晶界和位錯等缺陷，表現出比傳統晶態鈦合金更優異的性能。然而，鈦基非晶合金的應用還面臨著很多挑戰，其摩擦學性能仍然有待提高。常用一些后處理方法提高非晶合金的力學性能，例如通過冷熱循環處理可以提升鈦基非晶合金的塑性和摩擦學性能，也可以通過高壓扭轉增強鋯基非晶合金的室溫塑性。激光沖擊（LSP）強化技術具有短脈沖、高能量等特點，沖擊產生的殘余應力可以改善合金表面性能，提高材料的抗疲勞和耐磨性能，激光沖擊可以在非晶合金表面產生殘余應力，提高非晶合金的塑性。但是，激光沖擊有可能導致的硬度下降為其摩擦學性能的變化增添了不確定性。

來自汕頭大學的紀秀林等通過激光沖擊工藝對鈦基非晶合金進行強化處理，重點研究了鈦基非晶合金在3.5%NaCl模擬海水環境中的摩擦學性能。結果表明激光沖擊強化顯著提高了鈦基非晶合金的抗腐蝕性能和腐蝕磨損性能。相關研究成果于2024年7月在《中國表面工程》網絡首發。

研究人員為提高鈦基非晶合金的摩擦學性能，采用脈沖能量分別為3、5和7J，光斑直徑3mm及搭接率50%的激光沖擊工藝對鈦基非晶合金Ti32.85Zr30.21Cu9Ni5.28Be22.66進行強化處理，并重點研究鈦基非晶合金在3.5%NaCl模擬海水環境中的摩擦學性能。XRD圖譜表明該非晶合金在激光沖擊處理前后的晶態結構沒有發生明顯變化（圖1），但是激光沖擊顯著提高了鈦基非晶合金的被沖擊表面和橫截面的硬度，而且隨著激光脈沖能量的增加，硬度提升效果增強，表面粗糙度增大（圖2）。另一方面，激光沖擊強化顯著提高了鈦基非晶合金在模擬海水環境中的耐腐蝕性能。在20N載荷的滑動條件下，7J脈沖能量沖擊后的腐蝕速率較鑄態樣品降低了約47.2%。同時，激光沖擊也顯著降低了鈦基非晶合金的腐蝕磨損率，而且該磨損率隨著激光脈沖能量的增大而降低（圖3-4）。在10N載荷下，7J脈沖能量沖擊后的磨損率較鑄態樣品降低了約47.3%。鈦基非晶合金的主要磨損機制為粘著磨損。激光沖擊有利于鈦基非晶合金的再鈍化、抑制塑性變形和粘著傾向，進而提升其在腐蝕環境下的摩擦學性能。該項工作為促進非晶合金及其涂層的工程應用提供了新的思路。

該項工作得到了國家自然科學基金、汕頭大學卓越人才計劃的資助。

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