擁有多臺(tái)進(jìn)口大功率激光噴丸強(qiáng)化機(jī)，系統(tǒng)精度高，控制穩(wěn)定，激光功率覆蓋廣，配有進(jìn)口激光噴丸漆、激光噴丸鋁膜、激光噴丸吸收涂料，保證激光噴丸的正常、高效作業(yè)。

完成激光噴丸后打印全部噴丸參數(shù)和加工流程，出具權(quán)威噴丸檢測(cè)報(bào)告，歡迎垂詢！

激光噴丸原理：

激光噴丸是通過(guò)高能脈沖激光照射工件表面強(qiáng)化介質(zhì)（鋁膜等），使其產(chǎn)生離子微粒在約束層的約束下，爆炸轟擊金屬工件表面，達(dá)到噴丸強(qiáng)化、噴丸硬化的目的；

激光噴丸強(qiáng)化目前屬于一種先進(jìn)的具有前瞻性的噴丸強(qiáng)化技術(shù)，其在高尖端工業(yè)制造上應(yīng)用廣泛，尤其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、汽輪機(jī)葉片、羅盤等強(qiáng)化處理上，而且激光噴丸技術(shù)正在不斷被嘗試應(yīng)用到更多的工業(yè)方面。

微粒子噴丸強(qiáng)化機(jī)采用高壓增壓噴丸系統(tǒng)，精密噴丸控制軟件系統(tǒng)集成，可以產(chǎn)生高速度微粒噴射轟擊金屬表面，形成熔融硬質(zhì)強(qiáng)化層，是目前在航空、數(shù)控刀具、齒輪、模具等行業(yè)廣泛使用的微粒子噴丸設(shè)備。

設(shè)計(jì)有微粒子專用篩網(wǎng)，微粒子專用供料和回收系統(tǒng)，提供強(qiáng)大的噴丸壓力，整個(gè)噴丸系統(tǒng)都針對(duì)微粒子噴丸做了重要的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，屬于專用型噴丸強(qiáng)化機(jī)。

專業(yè)微粒子噴丸強(qiáng)化機(jī)設(shè)計(jì)、制造、培訓(xùn)一體化服務(wù)企業(yè)，歡迎有需要的客戶聯(lián)系咨詢！

銅及銅合金大量應(yīng)用在船舶螺旋槳、高速艦艇、水輪機(jī)、閥門、水泵等過(guò)流部件,空蝕使服役的螺旋槳使用效率下降,這不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至造成事故,威脅到生命安全造成重大損失[1,所以銅及銅合金的空蝕問(wèn)題也是目前備受關(guān)注的問(wèn)題之一。本文選取純銅作為試驗(yàn)材料,對(duì)其進(jìn)行一系列工藝參數(shù)的空化水噴丸處理,通過(guò)觀察噴丸后試樣的表面形貌、粗糙度,對(duì)空蝕孕育期內(nèi)的損傷進(jìn)行了探討。

1試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)材料選用5mm厚的純銅（Cu)板材,在真空爐中500℃退火60min,以消除工業(yè)純銅板材的的殘余應(yīng)力,得到均勻尺寸的晶粒。將純銅板材切成φ30 mm的圓片,經(jīng)過(guò)鑲嵌、精磨和拋光處理,得到表面粗糙度(Sa)為0.13um金相試樣。

采用自行研制的空化水噴丸設(shè)備對(duì)試樣進(jìn)行不同時(shí)間的噴丸處理。噴丸時(shí)試樣和噴嘴均淹沒(méi)在水中,選用直徑為1mm的噴嘴,垂直于噴丸式樣表面的中心處,噴嘴與試樣的距離為80mm,水射流壓力為20MPa。

采用ZEISS SUPRA55場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察試樣表面形貌變化,采用LEICA DCM3D型三維視頻顯微鏡對(duì)水噴丸后的表面形貌進(jìn)行顯微組織觀察,分析表面粗糙度,金相試樣腐蝕劑采用5gFeCL,+25mlHCL+50mlH,O的混合溶液進(jìn)行擦拭。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1表面空蝕損傷

采用淹沒(méi)式空化水射流對(duì)拋光態(tài)試樣表面進(jìn)行噴丸處理,觀察試樣表面的損傷程度,一次射流區(qū)由噴嘴噴出的空化水射流垂直打在試樣表面,造成的接近噴嘴尺寸的損傷斑點(diǎn),在該區(qū)外圍的環(huán)形損傷區(qū),由于一次射流區(qū)空泡爆破產(chǎn)生的沖擊波對(duì)部分噴嘴噴出的水射流作用,可稱為混合射流區(qū),其示意圖如圖1所示。測(cè)得低倍損傷表面形貌見(jiàn)圖2。觀察試驗(yàn)后所得噴丸試樣,損傷嚴(yán)重的一次水射流區(qū)的尺寸約為1mm左右,與噴嘴直徑相近。

2.1.1一次射流區(qū)的損傷

通過(guò)觀察不同工藝參數(shù)空化水噴丸處理試樣表面的形貌變化,式樣進(jìn)行水噴丸前必須處于機(jī)械拋光狀態(tài)。在20Mpa下噴丸不同時(shí)間后式樣的表面形貌如圖3所示。由圖3可見(jiàn),水噴丸10min時(shí),試樣表面已經(jīng)出現(xiàn)少量塑性變形坑、大量空蝕針孔。塑性變形坑的尺寸大小不均勻,最大直徑為304m,空蝕針孔尺寸基本相同,約2um,見(jiàn)圖3 (b)。水噴丸25min時(shí),損傷程度顯著加大,塑性變形坑和空蝕針孔數(shù)量明顯增多,但是尺寸變化很小,李晶形貌基本都顯現(xiàn)出來(lái),而且局部空蝕針孔出現(xiàn)了匯聚的狀況,呈現(xiàn)局部少量剝落現(xiàn)象,見(jiàn)圖3(c)、3(d) 。噴丸40min時(shí),試樣表面晶粒相貌完全顯現(xiàn),說(shuō)明由于塑性變形程度增加,晶內(nèi)位錯(cuò)移動(dòng)和孿生的結(jié)果,使得晶粒發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng),不同晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)方向和程度不同,晶粒高低起伏程度不同,從而顯現(xiàn)晶粒形貌。高倍數(shù)下觀察發(fā)現(xiàn),空蝕針孔匯聚處開(kāi)始有少量剝落,還出現(xiàn)開(kāi)口大且深的空蝕孔洞,塑性變形產(chǎn)生的滑移帶也開(kāi)始變形,呈現(xiàn)彎曲狀,見(jiàn)3 (e)、3(f)。噴丸60min時(shí),試樣表面出現(xiàn)大量空蝕孔洞和空蝕針孔,但還能觀察到晶粒形貌,說(shuō)明表面金屬剝落量小,可以觀察到空蝕孔洞內(nèi)呈現(xiàn)網(wǎng)格狀,說(shuō)明空洞內(nèi)部以這種形式緩慢剝落。隨著時(shí)間繼續(xù)增加,塑性變形和剝落急劇上升,表面粗糙度進(jìn)一步增大。噴丸90min時(shí),試樣表面損傷嚴(yán)重,大量金屬剝落,只存在深的空蝕孔洞,可以看到大塊金屬剝落后的形貌。由于純鋼的硬度低,受到空泡作用產(chǎn)生塑性變形坑,使坑周圍的金屬凸起,大量空蝕孔洞互相擠壓,金屬凸起程度越來(lái)越大,最后整塊剝落,孔洞內(nèi)部存在滑移帶,如圖3 (i)所示。

為了更清晰的觀察一次射流區(qū)塑性變形坑空蝕針孔的出現(xiàn)和生長(zhǎng),進(jìn)行20MPa下的一次射流損傷區(qū)的原位觀察,在一次射流區(qū)固定位置隨著時(shí)間的增加觀察固定位置塑性變形坑及其周圍區(qū)域內(nèi)的變化,分析塑性變形坑的長(zhǎng)大方式。

如圖4 (a)所示,噴丸1min時(shí)就出現(xiàn)了塑性變形坑,尺寸大約為25um,內(nèi)部呈魚(yú)鱗紋且存在空蝕針孔。噴丸增加到10min后,空蝕坑周圍出現(xiàn)少量機(jī)械損傷和剝落,依然存在空蝕針孔,空蝕坑的大小變化較小,但是空蝕坑邊緣變圓滑且內(nèi)部的魚(yú)鱗紋也變淺,如圖4 (b) 。當(dāng)時(shí)間增加到15min時(shí)可以清晰觀察到空蝕坑尺寸變大,形狀開(kāi)始趨于圓形,內(nèi)部魚(yú)鱗紋變得更淺,局部放大后可觀察到空蝕坑邊緣存在大量的針孔,隨著空泡在內(nèi)部的潰滅產(chǎn)生沖擊波,這些針孔緩慢聚集,局部區(qū)域出現(xiàn)少量掉落的情況,因此由于針孔大量聚集造成邊緣金屬少量且緩慢的剝落,使得空蝕坑的尺寸緩慢變大,如圖4 (b) (c)所示。

2.1.2混合射流損傷區(qū)形貌

隨著時(shí)間的逐步遞增,對(duì)試樣表面的混合射流區(qū)進(jìn)行細(xì)致的觀察,沒(méi)有觀察到一次射流區(qū)的空蝕坑,短時(shí)間內(nèi)在混合射流區(qū)形成大且淺的坑,同時(shí)坑內(nèi)可觀察到晶粒形貌以及空蝕針孔。

隨著時(shí)間的增加,混合射流區(qū)的晶粒形貌逐漸清晰,晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)程度逐漸遞增,同時(shí)存在變形的滑移帶,匯聚成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因?yàn)橐淮紊淞鲄^(qū)空泡爆破產(chǎn)生射流影響部分噴嘴噴出的空化水射流,使得這部分空化水到達(dá)試樣表面時(shí)能量降低,同時(shí)具有一定的方向性,所具有的能量不足以使試樣表面產(chǎn)生塑性變形坑,只會(huì)形成小的空蝕針孔和滑移帶,同時(shí)顯現(xiàn)晶粒形貌,如圖5所示。

2.2表面粗糙度分析

采用LEICA DCM3D型三維視頻顯微鏡觀察不同時(shí)間噴丸處理后式樣的表面粗糙,隨著時(shí)間的累加到90min,一次射流區(qū)和混合射流區(qū)的損傷程度逐步上升。如圖5所示,不同時(shí)間兩區(qū)的粗糙度曲線可知,隨著時(shí)間增加兩區(qū)的粗糙度都是逐漸上升的,但是混合射流區(qū)的粗糙度總是大于一次射流區(qū),因?yàn)橐淮紊淞鲄^(qū)受到垂直表面的空化水射流作用,表面縱向受到大部分沖擊力,空蝕損傷最嚴(yán)重,形成密集空蝕坑,如圖6(b)所示。由圖6 (a) （c)可以看出,一次射流區(qū)的空蝕損傷最大,混合射流區(qū)次之。由圖6 (d)可知,混合射流區(qū)室蝕坑開(kāi)口大,空蝕坑內(nèi)部和邊緣圓滑,呈現(xiàn)孔狀,空蝕坑稀疏,因?yàn)橥嘶鸺冦~HV0.01硬度在60HV左右,塑性較好,不易形成脆性裂紋,所以在水射流和空泡作用下,形成大且圓滑的空蝕坑,說(shuō)明該區(qū)空化水射流的空泡的數(shù)量減少,具有一定方向性。因此相比一次射流區(qū)所測(cè)粗糙度,混合射流區(qū)的空蝕坑起伏變化大,即混合射流區(qū)粗糙度大于一次射流區(qū)。

3結(jié)論

(1)一次射流區(qū),隨噴丸時(shí)間逐漸增加,塑性變形坑和空蝕針孔數(shù)量增多，李晶晶界開(kāi)始顯現(xiàn)，直到表面金屬剝落程度顯著增加,使得表面粗糙度也明顯增大,同時(shí)出現(xiàn)大量的變形滑移帶。
(2)通過(guò)原位觀察可知，塑性變形坑是以邊緣的空蝕針孔聚集形成少量剝落這種形式長(zhǎng)大。
(3),短時(shí)間內(nèi)混合射流區(qū)出現(xiàn)大且淺的空蝕坑,內(nèi)部觀察到晶粒相貌,隨著時(shí)間增長(zhǎng)整個(gè)區(qū)域的晶粒形貌都會(huì)顯現(xiàn)。
(4)隨噴丸時(shí)間增加,兩區(qū)表面粗糙度逐漸上升，且混合射流區(qū)大于一次射流區(qū)。

江蘇空化水射流噴丸設(shè)備廠家，噴丸代工服務(wù)和噴丸試驗(yàn)代做服務(wù)公司，竭誠(chéng)歡迎您的垂詢。

本文將對(duì)?316L?不銹鋼進(jìn)行噴丸強(qiáng)化處理,分析噴 丸時(shí)間、彈丸直徑、振動(dòng)頻率對(duì)噴丸強(qiáng)化后材料表面的 三維形貌、粗糙度、硬度及摩擦磨損性能的影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

1. 1?試驗(yàn)材料
試驗(yàn)用材料為?316L?不銹鋼,其名義化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)如表?1?所示。?試件為直徑?φ95 mm,厚度3mm?的圓盤。?試驗(yàn)所用彈丸為含鋯量?95% (?質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)?的高純氧化鋯珠,化學(xué)成分為:94. 8% ZrO2，5 ±0.2%Y2O3,彈丸直徑分別為?φ1.0 mm?和?φ2.4 mm。?氧化鋯珠球體圓整度好,表面光滑,有極好的韌性、耐 沖擊性,在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中不碎裂。?鋯珠的耐磨性是玻璃 珠的?30 ~ 50?倍,有極高的研磨效率。

1. 2 試驗(yàn)方法 為了研究彈丸直徑對(duì)材料表面摩擦性能的影響,

本文選用直徑為 φ1. 0 mm 和 φ2. 4 mm 的彈丸進(jìn)行噴 丸試驗(yàn);為了研究噴丸時(shí)間對(duì)材料表面摩擦性能的影 響,在彈丸直徑相同、振動(dòng)頻率相同的條件下,噴射時(shí) 間分別選為 15、20、25 和 30 min;為了研究振動(dòng)頻率對(duì) 摩擦性能的影響,在彈丸直徑相同、噴射時(shí)間相同的條 件下,振動(dòng)頻率分別選為 35、40、45 和 50 Hz。

試驗(yàn)前先對(duì)試件進(jìn)行車削機(jī)械拋光處理,之后用酒精清洗試件表面和彈丸。 采用 SNC-1 型金屬材料 表面納米化試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行噴丸強(qiáng)化試驗(yàn),然后用超聲振 蕩器去除樣品表面油污。 采用 LSM700 激光共聚焦顯 微鏡觀察試件表面的三維形貌,并測(cè)量各種噴丸條件 下試件表面的粗糙度;采用 HR-150DT 洛氏硬度計(jì)測(cè) 量試件表面的洛氏硬度;采用 CFT-1 型材料表面性能 綜合測(cè)試儀測(cè)試試件的摩擦因數(shù),載荷為 50 N,加載 時(shí)間為 10 min;采用 QUNNTA FEG650 掃描電子顯微 鏡觀察磨痕的表面磨損形貌。

2?試驗(yàn)結(jié)果與討論

2. 1?噴丸強(qiáng)化后材料表面形貌

圖?1( a1?) 、( a2?)?表示車削機(jī)械拋光后原始表面光學(xué)圖和三維形貌圖。?可以看出,表面有較多的柵狀凹陷,表面粗糙度?Ra?= 10. 64 μm,洛氏硬度為?33 HRC。?a圖?1(b1?)、(b2?)表示采用彈丸直徑為?φ1. 0 mm,振動(dòng)頻 率為?50 Hz,噴丸時(shí)間?30 min?進(jìn)行噴丸強(qiáng)化處理后試 件表面光學(xué)圖和三維形貌圖。?可以看出,表面出現(xiàn)明顯的犁溝,說(shuō)明彈丸尺寸較小時(shí),噴丸表面以犁溝和塑 性變形為主。?表面粗糙度?Ra?= 8. 43 μm,洛氏硬度為40. 86 HRC,與噴丸前經(jīng)車削機(jī)械拋光樣品相比,粗糙度明顯減小,硬度明顯提高。 圖 1(c1 )、(c2 )表示采用彈丸直徑為 φ2. 4 mm,振動(dòng)頻率 50 Hz,噴丸時(shí)間 30 min進(jìn)行噴丸強(qiáng)化處理后試件表面光學(xué)圖和三維形貌圖。

可以看出,表面沒(méi)有出現(xiàn)明顯的犁溝,說(shuō)明彈丸尺寸較大時(shí),噴丸表面以塑性變形為主。?表面粗糙度?Ra?=?6.97 μm,洛氏硬度為44.26HRC,與彈丸尺寸為1.0mm?時(shí)相比,粗糙度減小,硬度增加。?這是由于經(jīng)過(guò)車削機(jī) 械拋光后,試件表面較粗糙,粗糙的表面經(jīng)過(guò)噴丸強(qiáng)化 處理后硬度提高,使得彈丸撞擊表面產(chǎn)生的凹坑尺寸 減小,因而其表面粗糙度降低?。?而且對(duì)于表面較粗 糙的試件,彈丸尺寸大時(shí)噴丸強(qiáng)化效果更明顯,硬度更 高,粗糙度更低。

2. 2?噴丸強(qiáng)化后材料表面硬度及粗糙度

圖?2?表示彈丸直徑分別為?φ1. 0 mm?和?φ2. 4 mm,振動(dòng)頻率為?50 Hz,噴丸強(qiáng)化時(shí)間分別為?15、20、30 min?時(shí)材料表面硬度分布。?可以看出,噴丸強(qiáng)化后材料表 面硬度提高,噴丸時(shí)間為?15 min?時(shí),材料表面硬度和 未噴丸時(shí)材料表面硬度相差不大,隨著噴丸時(shí)間的增 加,材料表面硬度增加;彈丸直徑為?φ2. 4 mm?時(shí)噴丸 后材料表面硬度大于彈丸直徑為?φ1. 0 mm?時(shí)噴丸后 材料表面硬度,且時(shí)間越長(zhǎng)二者差別越大,當(dāng)噴丸時(shí)間 增加到?30 min?時(shí),彈丸直徑為?φ1. 0 mm?時(shí)材料表面硬 度是未噴丸材料表面硬度的約?1. 24?倍;彈丸直徑增加 為?φ2. 4 mm?時(shí),材料表面硬度是未噴丸材料表面硬度 的約?1. 34?倍。?噴丸時(shí)間越短,彈丸直徑對(duì)噴丸強(qiáng)化材 料表面硬度影響越小。

圖3(a)表示振動(dòng)頻率為?50 Hz,彈丸直徑為φ1.0 mm?和?φ2. 4 mm,噴丸時(shí)間分別為?15、20、25、30 min?時(shí)材料表面粗糙度,圖?3(b)表示噴丸時(shí)間為15 min,彈丸直徑為?φ1. 0 mm?和?φ2. 4 mm,振動(dòng)頻率 分別為?35、40、45、50 Hz?時(shí)材料表面粗糙度。?可以看 出:1彈丸直徑對(duì)噴丸強(qiáng)化后材料表面粗糙度影響較 大,對(duì)于表面為機(jī)械拋光的試件,彈丸直徑越大,噴丸 強(qiáng)化后材料表面粗糙度越小;2隨噴丸時(shí)間的增加,材 料表面粗糙度逐漸減小,當(dāng)噴丸時(shí)間達(dá)到?30 min?時(shí),?表面粗糙度明顯減小;3振動(dòng)頻率小于?50 Hz?時(shí),表面 粗糙度變化不大,當(dāng)振動(dòng)頻率達(dá)到?50 Hz?時(shí),表面粗糙 度明顯減小。

2. 3?噴丸強(qiáng)化材料在干摩擦下的摩擦磨損性能

?圖4(a)表示彈丸直徑為φ1.0 mm,振動(dòng)頻率為?50 Hz,噴丸時(shí)間分別為?15、20、25、30 min?時(shí)材料表面 摩擦因數(shù)。?可以看出,噴丸時(shí)間小于?30 min?時(shí),對(duì)材 料表面摩擦因數(shù)影響不大,當(dāng)噴丸時(shí)間達(dá)到?30 min?時(shí),材料表面摩擦因數(shù)有所減小。?噴丸后的摩擦因數(shù) 均小于未噴丸表面的摩擦因數(shù),說(shuō)明,當(dāng)未噴丸表面較 粗糙時(shí),噴丸強(qiáng)化可以降低材料表面摩擦因數(shù),增加材 料的耐磨性。?圖?4(b)表示彈丸直徑為?φ1. 0 mm,噴丸 時(shí)間為?15 min,振動(dòng)頻率分別為?35、40、45、50 Hz?時(shí)材 料表面摩擦因數(shù)。?可以看出,振動(dòng)頻率對(duì)材料表面摩 擦因數(shù)影響相對(duì)較小,在摩擦?xí)r間為?30 s?時(shí),不同頻 率下噴丸處理后材料表面摩擦因數(shù)約為?0. 33,未噴丸 材料表面摩擦因數(shù)約為?0. 43,當(dāng)摩擦?xí)r間增加到3 min 時(shí),噴丸處理后摩擦因數(shù)與未噴丸時(shí)的摩擦因 數(shù)均增加到 0. 5,說(shuō)明此時(shí)納米層被磨破到達(dá)基體層。

圖4(c)表示彈丸直徑為φ2.4mm,振動(dòng)頻率為?50 Hz,噴丸時(shí)間分別為?15、20、25、30 min?時(shí)材料表面 摩擦因數(shù)。?可以看出,與圖?4(a)相比,噴丸時(shí)間對(duì)摩 擦因數(shù)影響較大,且噴丸時(shí)間越長(zhǎng),摩擦因數(shù)越低,當(dāng) 噴丸時(shí)間增加到?30 min?時(shí),摩擦因數(shù)明顯降低。?圖?4(d)?表示彈丸直徑為?φ2. 4 mm,噴丸時(shí)間為?15 min,?振動(dòng)頻率分別為?35、40、45、50 Hz?時(shí)材料表面摩擦因數(shù)。?可以看出,與圖?4(b)相比噴丸頻率對(duì)摩擦因數(shù)影響較 大,頻率為?35 Hz?時(shí),材料表面摩擦因數(shù)與未噴丸相比較接近,振動(dòng)頻率增加到 50 Hz 時(shí),摩擦因數(shù)明顯減 小。 說(shuō)明隨彈丸直徑的增大,噴丸時(shí)間和振動(dòng)頻率對(duì) 材料表面摩擦因數(shù)的影響增加。 彈丸直徑為 φ2. 4 mm 時(shí)納米層厚度大于相同噴丸條件下彈丸直徑為 φ1. 0 mm 時(shí)納米層厚度,從而摩擦因數(shù)減小,耐磨性提高。

2. 4?噴丸強(qiáng)化?316L?不銹鋼在干摩擦下的磨損機(jī)制?

圖?5?為不同噴丸條件下噴丸強(qiáng)化樣品與未噴丸樣 品經(jīng)干摩擦試驗(yàn)后表面磨損形貌。?可以看出,在干摩 擦條件下,噴丸樣品和未噴丸樣品的主要磨損機(jī)制均 為磨粒磨損,樣品表面出現(xiàn)許多白色的磨屑和部分脫 落片層物。?圖?5(a)為未噴丸樣品表面磨損形貌圖,可以看出,脫落片層物分層較多,且出現(xiàn)較大塊的磨屑; 圖 5(b)為彈丸直徑 φ2. 4 mm,噴丸時(shí)間為 15 min,頻 率為 35 Hz 時(shí)噴丸樣品表面磨損形貌圖,與未噴丸相 比,片層物分層相對(duì)減少,但仍有大塊磨屑脫落,與未 噴丸處理的磨損表面接近。 這是由于載荷較大,表面 納米化處理的試樣表面層經(jīng)受了嚴(yán)重的接觸應(yīng)力及摩 擦溫度作用,其組織結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化,另外,納米表 層可能已經(jīng)被部分磨穿,因而材料的耐磨性降低。 圖 5(c)為彈丸直徑 φ2. 4 mm,噴丸時(shí)間 15 min,頻率 為 50 Hz 時(shí)噴丸樣品表面磨損形貌圖,可以看出,磨屑 數(shù)量明顯減少,且磨屑尺寸均勻,無(wú)大塊磨屑出現(xiàn),脫 落片層物減少,出現(xiàn)細(xì)且淺的犁溝;圖 5(d)為彈丸直 徑 φ2. 4 mm,噴丸時(shí)間 30 min,振動(dòng)頻率 50 Hz 時(shí)噴丸 樣品表面磨損形貌圖,可以看出,磨屑為均勻的小顆 粒,脫落片層物減少,無(wú)明顯的犁溝。 表面磨粒減小的 主要原因是噴丸強(qiáng)化后在材料表面形成高強(qiáng)度和高硬 度的納米晶層,由于納米層微粒尺寸減小,所以磨損過(guò) 程中產(chǎn)生的磨屑尺寸減小,沒(méi)有整塊的脫落,從而增加 了材料的耐磨性。

3 結(jié)論
1) 對(duì)于機(jī)械拋光表面,彈丸直徑為 φ1. 0 mm 時(shí),噴丸表面以犁溝和塑性變形為主,彈丸直徑為 φ2. 4 mm 時(shí),噴丸表面以塑性變形為主。

2) 噴丸強(qiáng)化后材料表面硬度提高,隨著噴丸時(shí)間 的增加,材料表面硬度增加;彈丸直徑為 φ2. 4 mm 時(shí) 噴丸后材料表面硬度大于彈丸直徑為 φ1. 0 mm 時(shí)噴 丸后材料表面硬度,且噴丸時(shí)間越長(zhǎng)二者差別越大。

3) 對(duì)于表面為機(jī)械拋光的試件,彈丸直徑越大,噴 丸強(qiáng)化后材料表面粗糙度越小,當(dāng)噴丸時(shí)間達(dá)到 30 min, 或振動(dòng)頻率達(dá)到 50 Hz 時(shí),表面粗糙度明顯減小。

4)?彈丸直徑較小時(shí),噴丸時(shí)間和振動(dòng)頻率對(duì)摩擦因 數(shù)影響較小;彈丸直徑較大時(shí),噴丸時(shí)間和振動(dòng)頻率對(duì)摩 擦因數(shù)的影響較大。?經(jīng)過(guò)噴丸強(qiáng)化處理后,材料表面摩 擦因數(shù)均小于未噴丸樣品的摩擦因數(shù)。?隨著噴丸時(shí)間和 振動(dòng)頻率的增大,磨痕處磨粒尺寸減小且更均勻。

江蘇噴丸強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)工作室，噴丸機(jī)、噴丸強(qiáng)化設(shè)備制造廠家，提供專業(yè)的噴丸實(shí)驗(yàn)服務(wù)，批量噴丸代工服務(wù)，噴丸設(shè)備制造服務(wù)。

T i6A 14V 合 金 具 有 良 好 的 生 物 相 容 性 、綜 合 力 學(xué) 性 能 和 工 藝 性 能 ，廣 泛 應(yīng) 用 于 人 體 生 物 醫(yī) 學(xué) 工 程 領(lǐng) 域 ，如 制 作 人 工 髖 關(guān) 節(jié) 和 膝 關(guān) 節(jié) 等 硬 組 織 替 代 物 和 修 復(fù) 物 。 在 正 常 條 件 下 ，鈦 合 金 表 面 會(huì) 生 成 一 種 穩(wěn) 定 、連 續(xù) 、結(jié) 合 牢 固 的 氧 化 物 鈍 化 膜 ，因 此 具 有 良 好 的 耐 蝕 性 。 但 由 于 人 體 環(huán) 境 較 為 復(fù) 雜 ，在 外 力 和 體 液 的 侵 蝕 下 ，鈦合金表面的鈍化膜有可能被剝離、溶解 ，而且具有潛在毒性 的鋁離子和釩離子會(huì)釋放到組織 中，在生物體 內(nèi)產(chǎn)生毒性，導(dǎo)致出現(xiàn)炎癥、血栓等反應(yīng)。因此，采用表面改性工藝來(lái)提高醫(yī)用 Ti6A14V合金的耐蝕性越來(lái)越受到研究人員的關(guān)注。

目 前 通 過(guò) 表 面 改 性 提 高 T i6A I4V 合 金 耐 蝕 性 的 方 法 主 要 是 在 材 料 表 面 制 備 涂 層 。 K ao 等 利 用 閉域不平衡磁控濺射技術(shù)在未處理 Ti6A14V合金表面和經(jīng)過(guò)高溫氣態(tài)滲氮處理的Ti6A14V合金表面分別制 備 了 T i— c : H 涂 層 ， 該 涂 層 試 樣 具 有 十 分 優(yōu) 異 的 摩 擦 特 性 、 耐 蝕 性 和 生 物 相 容 性 。 M a le k i 等 ] 通 過(guò) 等 離 子 噴 涂 技 術(shù) 在 T i6A 14V 合 金 表 面 制 備 了 溶 膠 一凝 膠 硅 酸 三 鈣 鎂 涂 層 ，該 涂 層 有 效 地 改 善 了 材 料 的 生 物 活 性 和 耐 蝕 性 。 M o h a n 等 嘲 利 用 陽(yáng) 極 氧 化 技 術(shù) 在 T i6 A 14 V 合 金 表 面 制 備 了 自 組 織 T iO 。 納 米 涂 層 ， 并 通 過(guò) 電 化 學(xué) 交 流阻抗譜和動(dòng)電位極化曲線研究了其在 HankS模擬體液中的腐蝕行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極氧化膜試樣具有更 好的耐蝕性和鈍化行為。Mokgalaka等 利用激光金屬沉積技術(shù)將鎳粉和鈦粉熔融在Ti6A14V合金表面， 制備了NiTi金屬間化合物涂層;結(jié)果發(fā)現(xiàn)涂層試樣的硬度較基體增大，且其在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5 的NaC1溶 液中的耐蝕性也有所提高。然而通過(guò)制備涂層對(duì)材料表面進(jìn)行改性的方法存在涂層質(zhì)量差以及膜基結(jié)合強(qiáng) 度 低 的 問(wèn) 題 ，如 涂 層 中 存 在 孔 隙 、微 裂 紋 等 缺 陷 ，涂 層 與 基 體 的 界 面 存 在 殘 余 拉 應(yīng) 力 ，導(dǎo) 致 涂 層 在 極 端 環(huán) 境 下 易開(kāi)裂或脫落。

激 光 噴 丸 強(qiáng) 化 (LP)技 術(shù) 是 一 種 新 型 表 面 改 性 技 術(shù) ，它 利 用 激 光 誘 導(dǎo) 產(chǎn) 生 高 強(qiáng) 沖 擊 波 壓 力 ，直 接 使 材 料 表面發(fā)生微塑性變形 ，通過(guò)誘導(dǎo)產(chǎn)生高幅殘余壓應(yīng)力細(xì)化表層晶粒 ，以及提高表層硬度等來(lái)改善材料的表面 性能，近年來(lái)越來(lái)越多地被應(yīng)用于提高醫(yī)用材料表面的耐蝕性。Guo等 利用激光噴丸強(qiáng)化技術(shù)在鎂一鈣植 入件表面誘導(dǎo)產(chǎn)生了更適合骨細(xì)胞依附的形貌 ，使植入件表層獲得了高幅殘余壓應(yīng)力 ，從而顯著提高了其在 模擬體液 中的耐蝕性。此外研究人員還發(fā)現(xiàn) ，通過(guò)調(diào)整激光功率和光斑搭接率可使激光噴丸植入件 的耐蝕 性得到進(jìn)一步優(yōu)化。Vinodh等 。研究了不 同搭接率下高重復(fù)率激光噴丸處理對(duì)純鎂試樣耐生物腐蝕性能 的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腐蝕速率隨著搭接率的增加而降低，在 66%搭接率下噴丸試樣的腐蝕速率比未噴丸試樣 下降了50% 。李興成等 研究了激光噴丸次數(shù)對(duì)醫(yī)用AZ31鎂合金表面耐蝕性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單次激光 噴丸后鎂合金的耐蝕性顯著提高，而噴丸次數(shù)對(duì)耐蝕性 的影響不大。目前激光噴丸強(qiáng)化技術(shù)在生物醫(yī)用金 屬材料中的研究多集中于鎂合金口 ，已有學(xué)者開(kāi)始初步探討激光噴丸強(qiáng)化技術(shù)對(duì)醫(yī)用 Ti6A14V合金表面 殘余應(yīng)力的影響口 ，但對(duì)于提高該合金在生理環(huán)境 中耐蝕性的研究 目前還鮮有報(bào)道。

本課題組針對(duì)醫(yī)用 Ti6A14V合金開(kāi)展了激光噴丸強(qiáng)化和電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)研究 ，通過(guò)腐蝕熱力學(xué)參數(shù)、 動(dòng)力學(xué)參數(shù)、鈍化性能、點(diǎn)蝕敏感性、腐蝕表面形貌和能譜分析等，探討了激光噴丸強(qiáng)化對(duì)醫(yī)用 Ti6A14V合 金 表面 耐 生物腐 蝕性 能 的影 響 。

2 實(shí)驗(yàn)方法及材料

實(shí)驗(yàn)材料選用 4mm厚的 Ti6A14V合金板材，其化學(xué)成分見(jiàn)表 l。

使 用 電 火 花 線 切 割 加 工 出 尺 寸 為 40 m m × 20 m m × 4 m m 的 試 樣 ，所 有 試 樣 的 待 處 理 表 面 經(jīng) 過(guò) 砂 紙 逐 級(jí)打磨后，再用金剛石拋光膏逐級(jí)拋光至表面粗糙度R<O.07 m，然后用無(wú)水乙醇進(jìn)行超聲波清洗，最后 將試樣放入干燥箱中烘干待用 。激光噴丸強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)選用法國(guó) Thales公司生產(chǎn)的 GAIA—R型 Nd”YAG激光 器 ，其波長(zhǎng)為 1064nm，脈寬為 10ns，重復(fù)頻率為 lHz，輸出光斑能量呈平頂分布。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選用的激光 光斑直徑為3mm，光斑搭接率為50 ，噴丸強(qiáng)化次數(shù)分別為1次和2次，激光功率密度分別為5.659，8.488，11.318GW/平方厘米，能量吸收層和約束層分別選用美國(guó)3M公司生產(chǎn)的100 um厚鋁箔和2mm厚流動(dòng)水簾,激光噴丸路徑及實(shí)物圖如圖1所示。

電化學(xué)腐蝕測(cè)試采用天津市蘭力科化學(xué)電子高技術(shù)有限公司生產(chǎn)的LK2005A型電化學(xué)工作站,采用三電極體系,輔助電極采用鉑片電極,參比電極采用飽和甘汞電極(SCE),激光噴丸后,采用線切割的方式加工出10 mm×10 mmX4 mm的電化學(xué)試樣,在噴丸面的背面連接導(dǎo)線,然后用704膠對(duì)未處理表面進(jìn)行封裝并保證其導(dǎo)電性。電化學(xué)腐蝕性能測(cè)試前,先將試樣浸入至腐蝕介質(zhì)中穩(wěn)定30 min。線性掃描塔菲爾曲線測(cè)試參數(shù):靈敏度1 mA,濾波參數(shù)10 Hz,放大倍率1,初始電位-2.5 v,終止電位4.0 v,掃描速率0.005 V-s-1。腐蝕溶液采用Hank’s模擬體液(HBSS),其由8.000 g.L-1的NaCl,0.100 g.L-1的MgSO4·7H20，0.400 g.L-1的KCl、0.100 g.L-1的MgCl·6H20,0.140 g.L-1的CaCl2 0.152 gL-1的Na2 HPO4·12H20，0.060 g.L-1的KH2PO4及1.000 g.L-1的葡萄糖組成。實(shí)驗(yàn)前用體積分?jǐn)?shù)為5.6%的NaHCO3調(diào)節(jié)溶液的pH至7.2~7.6,保持溶液溫度為(37±0.5) ℃。腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,取出試樣,并用無(wú)水乙醇清洗,干燥后備用。
電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,采用日本電子株式會(huì)社JSM-7001F型熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察試樣腐蝕表面的微觀形貌,用掃描電鏡附帶的能量色散譜儀(EDS）進(jìn)行能譜分析。

3結(jié)果與討論

3.1鈍化性能

圖2所示為未處理試樣和不同功率密度激光噴丸強(qiáng)化試樣在Hank’s模擬體液中的極化曲線, (a)、(b)分別對(duì)應(yīng)1次激光噴丸強(qiáng)化和2次激光噴丸強(qiáng)化。從圖2中可以看出,在不同激光噴丸工藝參數(shù)下,Ti6Al4V合金試樣陰極極化曲線的變化趨勢(shì)相似,均表現(xiàn)出較為典型的吸氧腐蝕特征。圖2(a)中的Ecorr為自腐蝕電位;E,為擊穿電位;鈍化狀態(tài)在陽(yáng)極極化曲線上體現(xiàn)為一條大致水平的線段,其起始位置為致鈍化電位Ep ,終止位置為過(guò)鈍化電位Eip。激光噴丸強(qiáng)化試樣的鈍化電流密度i,和致鈍化電位Etp均比未處理試樣的小,并且鈍化區(qū)的電位范圍E,也比未處理試樣的寬,說(shuō)明激光噴丸強(qiáng)化Ti6A14V合金在Hank’s模擬體液中更容易發(fā)生鈍化,且鈍化狀態(tài)更加穩(wěn)定。

為對(duì)比不同激光噴丸強(qiáng)化參數(shù)對(duì)Ti6Al4V合金在Hank’s模擬體液中鈍化性能的影響,將圖2所示極化曲線所體現(xiàn)出的各鈍化動(dòng)力學(xué)參數(shù)繪于圖3中。

圖3(a)所示為激光噴丸強(qiáng)化前后,試樣在Hank’s模擬體液中的鈍化電流密度。可以發(fā)現(xiàn),與未處理試樣相比,激光噴丸強(qiáng)化試樣的鈍化電流密度大幅下降,說(shuō)明激光噴丸強(qiáng)化處理能夠顯著降低腐蝕體系鈍化的難度和金屬鈍化后的腐蝕速率,激光噴丸強(qiáng)化后的Ti6Al4V合金表面更容易鈍化,且鈍化膜的保護(hù)性能更好。不同參數(shù)激光噴丸強(qiáng)化試樣的鈍化電流密度相差不大,說(shuō)明噴丸試樣表面所形成的鈍化膜腐蝕速率基本相同。在11.318 GW.cm-2激光功率密度下2次噴丸強(qiáng)化后,試樣可獲得最小的鈍化電流密度2.959×10- mA.cm-2,與未處理試樣的2.483× 10-‘ mA.cm-2相比,降低了2個(gè)數(shù)量級(jí)(1.19× 10-2 mA.cm-2)。

圖3(b)所示為激光噴丸前后,試樣在Hank’s模擬體液中的鈍化區(qū)電位范圍。可以看出,隨著激光功率密度和激光噴丸次數(shù)增加, Ti6Al4V合金在Hank’s模擬體液中的鈍化區(qū)電位范圍增大,與未處理試樣的0.687 V相比,激光噴丸強(qiáng)化試樣的鈍化電位范圍最大增大了0.597 V,增幅為86.90% ,說(shuō)明其表面的鈍化狀態(tài)更加穩(wěn)定。

3.2腐蝕傾向

將激光噴丸強(qiáng)化前后試樣的自腐蝕電位Eoo繪于圖4中?？梢园l(fā)現(xiàn),雖然激光噴丸強(qiáng)化試樣的初始腐蝕電位值較負(fù),但其穩(wěn)定后的自腐蝕電位值均正移,腐蝕熱力學(xué)穩(wěn)定性提高,發(fā)生電化學(xué)腐蝕的可能性降低。
其中,激光功率密度為11.318 Gw.cm-2,2次激光噴丸試樣的自腐蝕電位值(-0.540 V)最高,與未處理試樣(-0.749 V)相比正移了0.209 V,表現(xiàn)出了優(yōu)異的腐蝕熱力學(xué)穩(wěn)定性。

3.3點(diǎn)蝕敏感性

將激光噴丸強(qiáng)化前后試樣在Hank’s模擬體液中的擊穿電位E,繪于圖5中?？梢园l(fā)現(xiàn),激光噴丸強(qiáng)化后試樣表面的擊穿電位強(qiáng)烈正移,說(shuō)明激光噴丸處理可以顯著降低Ti6Al4V合金表面在Hank’s模擬體液中發(fā)生點(diǎn)蝕的現(xiàn)象，從而降低點(diǎn)蝕敏感性 ，提高 存生理環(huán)境 中的耐點(diǎn)蝕性能。在激光功率密度相同的情況 下，2次激光噴丸強(qiáng)化試樣的擊穿電他均比 1次激光噴丸強(qiáng)化試樣的要高，激光功率密度為11.318 GW /平方厘米、2 次 激 光 噴 丸 強(qiáng) 化 試 樣 的 擊 穿 電 位 最 高 ，為 3.431 V ，與 未 處 理 試 樣 (1.822 V )相 比 提 高了88.31%。

3.4 腐蝕速率
根據(jù)極化曲線外延法對(duì)激光噴丸強(qiáng)化前后各試樣在 HankS模擬體液巾的自腐蝕電流密度icorr 進(jìn)行研究，結(jié)果如 6所示?？梢钥闯鲭S著激光功率密度和激光噴丸強(qiáng)化次數(shù)的增加，Ti6AI4V合金在 Hanks 模擬體液 巾的 自腐蝕 電流密度降低，腐蝕速率減小 ，耐蝕性提高。激光功率密度為 l1.318GW·cm-2 、2次激 光 噴 丸 強(qiáng) 化 試 樣 的 腐 蝕 速 率 最 小 ，為 5.738× 10-8 m A ·cm 。，與 未 處 理 試 樣 (3.144× 10-7 m A ·cm-2)相 比 降 低 了 81.75 %。

3.5 腐蝕表面形貌

在電 化 學(xué) 腐 蝕 實(shí) 驗(yàn) 中 ，T i6A 14V 合 金 表 而 的 主 要 腐 蝕 形 貌 是 點(diǎn) 蝕 ，大 部 分 區(qū) 域 的 鈍 化 膜 并 未 被 破 壞 。為了對(duì) 比 不 同 工 藝 參 數(shù) 試 樣 的 腐 蝕 情 況 ， 主 要 對(duì) 蝕 坑 進(jìn) 行 觀 察 。 圖 7 為 未 處 理 試 樣 和 在 1 1 . 3 1 8 G W · c m-2 激光功率密度下 2次激光噴丸強(qiáng)化試樣腐蝕表面的 SEM 形貌和 EDS譜。其 中，圖 7(a)和(b)是未處理試 樣 在 不 同 放 大 倍 數(shù) 下 的 腐 蝕 表 面 形 貌 ，可 以 發(fā) 現(xiàn) 蝕 坑 的 表 面 較 為 粗 糙 ，蝕 坑 邊 緣 存 在 腐 蝕 微 裂 紋 ;圖 7(e)為 激光噴丸后試樣 的腐蝕 表面形貌 ，其蝕 坑表而和邊緣較 為平整 。可見(jiàn) ，激 光噴丸強(qiáng)化處理能夠有 效降低 T i6A l4v 合 金 表 面 的 點(diǎn) 蝕 敏 感 性 ，改 善 腐 蝕 表 面 的 質(zhì) 量 。

罔 7(c)和 (d)、(f)和 (g)分 別 為 未 處 理 試 樣 和 激 光 噴 丸 強(qiáng) 化 試 樣 蝕 坑 表 面 和 氧 化 膜 的 EDS 譜 。 在 激 光 噴丸強(qiáng)化前后試樣的 EDS譜 中，元素種類并無(wú)差異，元素含量的差異也很小 ，但激光噴丸強(qiáng)化試樣蝕坑和氧 化膜中的氧含量均比未處理試樣的高一些。分析認(rèn)為，主要原岡是激光噴丸強(qiáng)化處理 Ti6A14V合金表面的 晶粒組織更加均勻細(xì)小 ，使進(jìn)入 鈦合金表面晶格 的氧含量升 高且 分布更加均 勻，從而進(jìn)一 步提升 了 T i6A 14V 合 金 的 耐 生 物 腐 蝕 性 能 。 對(duì) 于 鈍 化 性 能 ，氧 含 量 的 升 高 可 以 使 表 面 氧 化 膜 更 加 致 密 ，加 快 氧 化 膜 的生長(zhǎng)速率。對(duì)于腐蝕傾 向，鈦合金表面品格氧含量的升高會(huì)降低鈦原子的結(jié)合能 ，從而使合金表面的腐蝕電位升高 ，發(fā)生腐蝕的傾向降低。對(duì)于點(diǎn)蝕敏感性 .氧在鈦合金表面的均勻分布可以改善或消除材料表面的 不 均 勻 性 。減 少 裂 紋 等 缺 陷 (點(diǎn) 蝕 源 );此 外 氧 化 膜 的 加 速 生 長(zhǎng) 還 能 夠 抑 制 蝕 孔 的 生 K 和 發(fā) 展 ，降 低 點(diǎn) 蝕 敏 感 性。對(duì)于腐蝕速率 ，氧化膜致密程度和厚度的增加都會(huì)增大離于通過(guò)的阻力.降低離子存氧化膜中的迂移速 率，從 減小腐蝕電流密度，降低腐蝕速率。網(wǎng)7(h)為(c) 中白色腐蝕產(chǎn)物的EDS譜，推斷其為激光噴 丸強(qiáng)化試樣 的腐蝕產(chǎn)物 ，部分腐蝕產(chǎn)物的存在可誘 導(dǎo)堵塞孔隙 、隔離 Cl-的封閉效應(yīng); ，從 而阻滯腐蝕反 應(yīng)的進(jìn)行 ，提高合金表面的耐蝕性 。

4 結(jié)論

( 1 ) 激 光 噴 丸 處 理 能 有 效 改 善 醫(yī) j{j T i6 A I4 V 合 金 表 面 的 耐 生 物 腐 蝕 性 能 ， 主 要 體 現(xiàn) 在 合 金 表面的鈍化。

電流密度和致鈍化電位降低 ，鈍化區(qū)電位范圍增大 ，使鈍化更容易發(fā)生 ，且鈍態(tài)更穩(wěn)定 ;自腐蝕電位和擊穿電 位正移 ，使發(fā)生電化學(xué)腐蝕 的傾 向和點(diǎn)蝕敏感性降低 ，從而降低腐蝕速率和提高耐點(diǎn)蝕性能。

( 2 ) 激 光 噴 丸 工 藝 參 數(shù) 對(duì) T i 6 A 1 4 V 合 金 耐 蝕 性 有 較 大 影 響 : 在 1 1 . 3 1 8 G W · cm-2 的 激 光 功 率 密 度 下 2 次 噴 丸 強(qiáng) 化 時(shí) ，可 獲 得 最 高 的 自 腐 蝕 電 位 ，比 未 處 理 試 樣 的 自 腐 蝕 電 位 正 移 了 0.209 V ;最 大 鈍 化 電 位 范 圍 增 幅 為 86.90% ;最 小 鈍 化 電 流 密 度 降 低 了 2個(gè) 數(shù) 量 級(jí) ;最 高 擊 穿 電 位 提 高 了 88.31% ;腐 蝕 電 流 密 度 最 大 降低 了 81.75% 。

(3)激光噴丸強(qiáng)化處理通過(guò)均勻細(xì)化 Ti6AI4V合金表層的晶粒 ，使進(jìn)入鈦合金表面晶格的氧含量升高且分布更加均勻 ，加快了氧進(jìn)入鈦合金表面晶格的速率 ，提高 了鈦合金表面氧化膜 的保 護(hù)性能 ，降低了鈦合 金表面的腐蝕傾 向、點(diǎn)蝕敏感性和腐蝕速率 ，從而提高了合金表面的耐生物腐蝕性能。

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1 實(shí) 驗(yàn) 方 法

噴丸試驗(yàn)共采用 5片葉片,分別編號(hào) I1~I5。噴 丸采用 0. 25mm直徑實(shí)心玻璃丸 ,丸粒濃度 30%。噴 丸在涂層真空擴(kuò)散熱處理后進(jìn)行 ,采取的噴丸壓力和 時(shí)間為 0. 2MPa/4min和 0. 4MPa/4min,噴丸后不再進(jìn) 行 熱 處 理 。 噴 丸 前 后 分 別 測(cè) 量 葉 盆 、葉 背 表 面 粗 糙 度 。采用掃描電鏡分析噴丸后的涂層形貌 ,并與 N iC2oC rA lY原始態(tài)涂層進(jìn)行比較 。?

2?試驗(yàn)結(jié)果與討論

2. 1?噴丸處理對(duì)涂層表面粗糙度的影響?

各葉片噴丸前后葉盆 、葉背表面粗糙度示于表1。N iCoCrA lY原始態(tài)涂層板狀試樣的表面粗糙度 在?1. 57~2. 53mm之間?？梢?jiàn),?噴丸后涂層未發(fā) 生剝落?,?并且粗糙度得到顯著改善?,?并且在大應(yīng)力 條件下粗糙度降低更為明顯 。因此采用噴丸壓力和 時(shí)間分別為?014MPa, 4min的工藝參數(shù)又對(duì)?3片葉 片?(?I3~I5)?進(jìn)行噴丸處理。可見(jiàn)?,?盡管葉片?I3~I5的表面粗糙度噴丸前都在 2μm以上, 甚至超過(guò) 3μm , 但噴丸后表面粗糙度都顯著降低至 1. 6μm 以下 。這說(shuō)明噴丸處理是降低涂層表面粗糙度的有效手段 。

2. 2?涂層噴丸前后的組織形貌

從?N iCoCrA lY涂層噴丸前后的表面形貌可見(jiàn)?,原始態(tài)涂層表面為細(xì)小顆粒堆積組成 ,局部有較高 的突起 。這主要是因?yàn)橥繉油扛策^(guò)程中 ,涂層是以 原子團(tuán)的形式沉積在基體表面 ,形成高低不平的突 起 。 而 涂 層 經(jīng) 噴 丸 處 理 后 表 面 非 常 平 整 、致 密 , 已 看 不到原始態(tài)表面所堆積的顆粒 ,這可能是原來(lái)表面 堆積的顆粒在噴丸作用下彼此焊合 ,并被打?qū)?nbsp;,因此 涂層粗糙度得以改善 。

從?N iCoCrA lY涂層噴丸前后的截面形貌可見(jiàn)?,?原始態(tài)涂層表面有一定的起伏?;?而噴丸處理后涂層 表面平坦?,與基體結(jié)合緊密?,厚度略減小 。這說(shuō)明噴 丸過(guò)程中玻璃丸的撞擊作用不但使涂層表面更加平 坦?,而且減少涂層內(nèi)疏松和孔隙等缺陷?,使涂層更加 致密,因而涂層厚度略減小。文獻(xiàn)?[3]也表明噴丸 處理使涂層密度提高?30%以上。此外?,研究結(jié)果表 明?,噴丸處理后?IC6合金基體組織正常?,并且在進(jìn)行1100°C/2h的熱處理后未出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象。

3?結(jié) 論

在涂層真空擴(kuò)散處理后進(jìn)行噴丸處理 ,采取噴 丸壓力和時(shí)間分別為 0. 4MPa和 4min的工藝參數(shù), 可 顯 著 改 善 N iC o C rA l Y 涂 層 表 面 粗 糙 度 , 使 R a 降 至1. 6μm以下,并可提高涂層致密度。此外,噴丸處 理所引入的殘余壓應(yīng)力沒(méi)有引起基體 IC6 合金再結(jié) 晶。因此采取噴丸處理改善 IC6合金 NiCoCrAlY涂 層表面粗糙度是可行的 。