以TC4 合金為基材，利用連續(xù)激光器對表面激光滲氮，生成了金黃色的氮化層。用SEM，EDS，XRD 對試樣滲氮層的微觀組織結構、元素分布以及物質組成進行了分析，結果表明生成了氮化鈦的缺位式固溶體。表層由氮化層、熱影響區(qū)及母材組成。滲氮層與基材之間處于完全冶金結合狀態(tài)，結合力大，不易剝落。利用顯微硬度儀對滲氮層進行硬度分析，表層硬度提高了4 倍以上，顯微硬度≥1000HV0.3 的厚度超過100 μm。

　　1、引言

　　鈦合金由于高比強度、耐腐蝕性、中低溫性能穩(wěn)定，同時具有特殊功能，比如：超導，記憶功能等，因而在航空航天、船舶、體育器械、電力、醫(yī)療等領域獲得日益廣泛的應用。但是，由于鈦合金屬于粘性材料，硬度低，耐磨性差，限制了進一步應用，特別是在滑動摩擦條件下作為摩擦副零部件的使用范圍。因此如何提高鈦合金的表面硬度及耐磨性是目前研究工作中的熱點和難點。

　　傳統(tǒng)的表面改性技術，如等離子噴涂、表面化學熱處理、氣相沉積技術、電鍍、離子注入技術等可以有效提高鈦合金表面耐磨性。但是這些方法都存在一定的缺點，有的需要對工件進行長時間整體高溫加熱而引起工件變形，有的鈦合金表面涂層與鈦基材結合力較弱，容易剝落等等。激光表面滲氮技術可以獲得具有硬度高、耐磨耐蝕滲氮層的鈦合金。加工后的氮化層與基體屬于原位冶金結合，結合強度大，不易剝落。激光表面滲氮是利用高能量密度的激光作用于處在氮氣氣氛中的鈦合金表面并使其表面熔化，氮氣與熔池金屬發(fā)生強烈的冶金/化學反應，從而獲得高硬度的氮化層達到改善表面耐磨性的目的。

　　通過在TC4 表面進行激光氣體滲氮，成功獲得以TiN 為增強相的氮化層，重點分析了氮化層的組織結構、滲氮層深度及顯微硬度的變化趨。

　　2、實驗材料及實驗方法

　　實驗用鈦基材為TC4，其化學成分如表1 所示。試樣大小為10 mm × 15 mm × 35 mm，其中15mm ×35 mm 面作為激光氣體氮化面。首先用800號的SiC 砂紙試樣表面進行打磨，然后用丙酮擦洗該表面。試驗用激光器為GS-TFL-10KWCO2型連續(xù)激光器，激光波長為10.6 μm。用環(huán)隙噴嘴直接向熔池吹送工業(yè)純氮氣，可以確保在純氮氣氣氛下進行激光表面氮化，實驗裝置圖見圖1，氮氣流速為25 L/ min，其余工藝參數(shù)見表2。

表1　TC4 合金的化學成分(單位：wt% )

圖1 激光滲氮試驗裝置圖

表2　實驗工藝參數(shù)

　　4、結論

　　1)對鈦合金進行表面激光滲氮，可生成金黃色的氮化鈦，生成的氮化鈦為缺位式固溶體。

　　2)對鈦合金進行表面激光滲氮，表面最高硬度超過1900 HV0.3(距試樣表面30 μm 處的硬度值)，鈦基材硬度為365 HV0.3，氮化后表面硬度提高了4倍以上，硬度≥1000 HV0.3 的氮化層厚度超過100 μm。

　　3)搭接量的變化對深度變化影響不大；功率對氮化層深度值影響較大并且隨著功率的增加其氮化層深度增加；掃描速度對氮化層深度影響較大，并且在相同的功率及搭接量下，隨著掃描速度的增加其熔深減小。

　　4)當有效熱輸入到達20 J/"3時，滲氮層深度達到平穩(wěn)，不再增加。