レーザー照射により誘起される炭素-チタン反応を用いた表面改質法の確立

激光辐照诱导碳钛反应表面改性方法的建立

• 批准号: 06750092
• 负责人: 森田 辰郎
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750092/
• 关键词: レーザー; 表面改質; チタン; 耐摩耗性; 耐食性

本研究では,炭素微粒子を固着させたチタン合金(Ti-6Al-4V合金)の表面にCO_2レーザーを照射することにより高硬さを有する表面硬化層の形成を試みた後,かかる表面改質法により形成される硬化層がチタン合金の耐摩耗性および耐食性に及ぼす効果について検討した.本研究で得られた結果を以下にまとめて示す.1.レーザーの照射条件と表面硬化層の性状の関係について検討するため,合計9種類(エネルギー密度3段階×照射時間3段階)の条件でレーザーを照射した際の硬化層の性状などについてそれぞれ詳細に調べた.その結果,表面が溶融する条件では,炭素,酸素および窒素の拡散(EMAにより測定)により,約1mmの深さまで硬化していたが,表面は凹凸の激しい状態となった.一方,表面が溶融しない条件においては,表面状態が良好な最大硬さHV1500を有する深さ約100〜200μmの硬化層が,炭素および酸素(窒素は確認されず)の拡散により形成された.しかしながら,レーザー照射に伴う急激な加熱・冷却により,レーザースポットの中央部には,深さ約10μmに及ぶ微細なひび割れが認められた.2.3種類の表面改質材(表面は未溶融)をピンオンディスク形式の摩耗試験に供し,その結果を未処理材の場合と比較した結果,表面改質材の耐摩耗性は,未処理材のそれと比較して著しく改善されることが明かとなった.例えば,硬化層暑さ100μm,最大硬さHV1500を有する表面改質材の場合,荷重1.0MPa,無潤滑の条件で2kmまで4340焼き入れ鋼に対して摩耗試験を行った際の摩耗量は,同条件で摩耗試験を行った未処理材のそれの約1/100であった.3.3種類の表面改質材を未処理材と共に濃塩酸(11.3N,30±0.5℃)中に浸漬し,かかる環境における各試験片の腐食量を,5時間ごと30時間まで測定すると共に,表面の腐食状態をSEMを用いて観察した.その結果,前述の表面改質に伴いチタン合金の耐食性が著しく改善することが明らかとなった.しかしながら,表面改質材ではレーザー照射時に表面に形成される微細なひび割れから優先的に腐食が生じており,耐摩耗性の改善上,その様な割れが生じない照射条件または照射方法について検討する必要があると言える.

在这项研究中，我们试图通过用CO_2激光照射钛合金（Ti-6Al-4V合金）的表面，用碳细颗粒来形成具有高硬度的硬化层，由此形成的硬化层会受到影响。钛合金的耐磨性和耐腐蚀性。本研究获得的结果总结如下： 1. 为了研究激光照射条件与表面硬化层性能之间的关系，总共使用了 9 种类型（3 个级别的能量密度 x 照射时间）。在以下条件下用激光照射时硬化层的性能结果，在表面熔化的条件下，由于碳、氧和氮的扩散（通过EMA测量），其硬化至约1mm的深度，但另一方面，表面变得极其不平坦。 ，在表面不熔化的条件下，最大通过碳和氧的扩散，形成了硬度为 HV1500、深度约为 100 至 200 μm 的硬化层（未观察到氮），但是，由于激光照射引起的快速加热和冷却，硬化层的中心部分发生了变化。激光光斑处有约10μm深的细小裂纹2.对三种表面改性材料（表面未熔化）进行销盘式磨损试验，结果与未处理的材料相比，发现硬化层的性能得到显着改善。与未经处理的材料相比。在表面改性材料的硬度为100μm，最大硬度为HV1500的情况下，对4340淬火钢在1.0MPa的载荷下且无润滑情况下进行长达2km的磨损试验时的磨损量是相同的相同条件下的磨损试验结果约为未处理材料的1/100。 3.3 表面改性类型将试件与未处理材料一起浸入浓盐酸（11.3N，30±0.5℃）中，每5小时测量一次该环境下各试件的腐蚀量，直至30小时，并分析试件的腐蚀状态。使用SEM对表面进行测量，结果表明，由于上述表面改性，钛合金的耐腐蚀性能得到显着提高。然而，对于表面改性材料，腐蚀优先发生在激光照射期间在表面上形成的微小裂纹，并且为了提高耐磨性必须避免这种裂纹。可以说，有必要考虑照射条件或。不发生这种现象的照射方法。