《中国表面工程》纪秀林等工作：激光冲击对钛基非晶合金摩擦学性能的影响

发布日期：2024-07-22 浏览次数：2553

钛基非晶合金（BMG）由于其内部无晶界和位错等缺陷，表现出比传统晶态钛合金更优异的性能。然而，钛基非晶合金的应用还面临着很多挑战，其摩擦学性能仍然有待提高。常用一些后处理方法提高非晶合金的力学性能，例如通过冷热循环处理可以提升钛基非晶合金的塑性和摩擦学性能，也可以通过高压扭转增强锆基非晶合金的室温塑性。激光冲击（LSP）强化技术具有短脉冲、高能量等特点，冲击产生的残余应力可以改善合金表面性能，提高材料的抗疲劳和耐磨性能，激光冲击可以在非晶合金表面产生残余应力，提高非晶合金的塑性。但是，激光冲击有可能导致的硬度下降为其摩擦学性能的变化增添了不确定性。

来自汕头大学的纪秀林等通过激光冲击工艺对钛基非晶合金进行强化处理，重点研究了钛基非晶合金在3.5%NaCl模拟海水环境中的摩擦学性能。结果表明激光冲击强化显著提高了钛基非晶合金的抗腐蚀性能和腐蚀磨损性能。相关研究成果于2024年7月在《中国表面工程》网络首发。

研究人员为提高钛基非晶合金的摩擦学性能，采用脉冲能量分别为3、5和7J，光斑直径3mm及搭接率50%的激光冲击工艺对钛基非晶合金Ti32.85Zr30.21Cu9Ni5.28Be22.66进行强化处理，并重点研究钛基非晶合金在3.5%NaCl模拟海水环境中的摩擦学性能。XRD图谱表明该非晶合金在激光冲击处理前后的晶态结构没有发生明显变化（图1），但是激光冲击显著提高了钛基非晶合金的被冲击表面和横截面的硬度，而且随着激光脉冲能量的增加，硬度提升效果增强，表面粗糙度增大（图2）。另一方面，激光冲击强化显著提高了钛基非晶合金在模拟海水环境中的耐腐蚀性能。在20N载荷的滑动条件下，7J脉冲能量冲击后的腐蚀速率较铸态样品降低了约47.2%。同时，激光冲击也显著降低了钛基非晶合金的腐蚀磨损率，而且该磨损率随着激光脉冲能量的增大而降低（图3-4）。在10N载荷下，7J脉冲能量冲击后的磨损率较铸态样品降低了约47.3%。钛基非晶合金的主要磨损机制为粘着磨损。激光冲击有利于钛基非晶合金的再钝化、抑制塑性变形和粘着倾向，进而提升其在腐蚀环境下的摩擦学性能。该项工作为促进非晶合金及其涂层的工程应用提供了新的思路。

该项工作得到了国家自然科学基金、汕头大学卓越人才计划的资助。

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