钛基表面CNTs/Ti激光熔覆层的摩擦磨损研究

将碳纳米管引用到金属基复合材料中,使材料无论在硬度、强度、热稳定性及磨损性能等都得到提高,使金属基复合材料的研究逐渐受到重视。首先,对激光加工形成的不同深度、宽度及间距的沟槽表面进行摩擦磨损实验,得到最优结构参数;其次,采用电化学沉积法,在TC4钛合金表面制备了一层均匀致密的CNTs预覆层;最后利用光纤激光器在TC4钛合金表面加工最优结构进行表面改性,并对表面进行了摩擦磨损实验。研究了在激光作用下,表面CNTs涂层对熔覆层磨损性能的影响。实验结果表明:随着CNTs含量的增加,摩擦系数呈现先减小后增大的趋势,经过激光熔覆CNTs加工的钛合金表面,其耐磨性能显著提高,磨损系数可达0.3,为未处理试样的32%,硬度最高可达410 HV,提升了35%左右。

激光选区熔化TC4钛合金工艺参数对成形件表面质量的影响

采用正交试验,研究在选区激光熔化快速成形的过程中,激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h以及扫描间距s4个参数对TC4钛合金成形件上表面粗糙度、侧面粗糙度和表面硬度的影响规律。研究表明,4个参数对上表面粗糙度影响的重要次序为激光功率、扫描速度、铺粉厚度、扫描间距;对侧面粗糙度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描速度、扫描间距;对表面硬度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描间距、扫描速度。试验可得形成TC4成形件表面质量的最佳工艺参数为:激光功率200W,扫描速度600m/s,铺粉厚度0.04mm,扫描间距0.06mm。

钛基表面微纳结构的制备及润湿性

亲水的表面结构有利于羟基磷灰石的沉积、骨组织的长入及植入体表面的生物活性,因此制备亲水的表面结构有利于植入体在体内更好地工作,提高植入物植入人体的成功率。采用光纤激光,在加工速度为25 mm·s^(-1)、扫描次数为10次、激光功率为14 W、激光频率为10 kHz时,激光在材料表面产生高能量的激光束,加工的沟槽宽度约为24μm,测量其接触角为93.7°;采用阳极氧化的方法,在30 V电压下电解2 h制备的纳米管管径约为65 nm,纳米管结构有助于增强毛细力,测量其接触角为43.8°;而经过激光加工和阳极氧化制备的样品接触角最小,数值为26.5°,微纳复合的结构增大了接触面积,充分发挥了纳米管的毛细作用。通过微纳结构的制备,改善植入体表面的亲水性能。光纤激光和阳极氧化获得的微纳米复合结构,为植入物表面改性的方法提供了一种简单、易操作、有效的方法。