不同激光熔覆功率對于鈦合金TC4表面熔覆STL12的影響

      本文介紹鈦合金TC4表面熔覆STL12，鈦合金TC4是（α+β）鈦合金，其材料的組成為：Ti-6Al-4V。TC4是一種高性能的鈦合金，因其具有非常高的強度、強耐腐蝕性、生物相容性以及好的高溫性能，廣泛應用于航空航天、石油化工、核工業等領域。

但TC4材料硬度較低，耐磨性有限，故提升其表面硬度和材料耐磨性對于拓展該材料的應用領域至關重要。

針對TC4基材，使用STL12鈷基粉末進行激光熔覆試驗，激光器設備為6KW光纖激光器，熔覆頭光斑：直徑3mm；氣動、同軸送粉設備。

熔覆層厚度0.5mm。

掃描速度100mm/s，氬氣流量1L/min，送粉量170r/min，保護氣流量1000ml/min ；

分別在以下功率：2kw 3kw 4kw 5kw進行熔覆并取樣測試：

1）激光熔覆層的物理形態

從2kw到5kw，隨著激光功率的增加，熔覆層寬度明顯增加，尤其是在5kw時，增加比例更大。通過分析可知，隨著激光功率的增加，在其表面形成的熔池體積逐漸增加，說明TC4基材部分被熔化的更多，稀釋率更大。

2）熔覆層的橫截面

在2kw進行熔覆時，熔覆層中有對流圈存在

在3k進行熔覆時，熔覆層橫截面呈現不規則橢圓形；

在4kw進行熔覆時，熔覆層橫截面呈橢圓形；

在5kw進行熔覆時，熔覆層橫截面呈橢圓形，但其長軸和短軸較4kw更接近；

隨著功率的增大，TC4熔覆層呈現出表面凸起越明顯的趨勢。

通過觀察四個樣塊的金相組織，在熔覆層的中部，以粗大的樹狀晶為主，一次枝晶為主，參雜少量二次枝晶；

熔覆層的底部接近熱影響區，則粗大樹枝晶開始過度為針狀組織，且多數垂直于基體方向，少數平行與基體方向，越往底部，針狀組織越細小。

上述狀況是由于熔覆層中部溫度高、溫度梯度小、降溫慢造成的，但四個樣塊的趨勢接近，說明激光功率對熔覆層內部組織的影響較小。

3）熔覆層的硬度

TC4材料本身的硬度為360HV

熔覆后的樣塊硬度在820-850HV之間，且四個樣塊之間沒有明顯的差別，故在能夠充分熔覆0.5mm熔覆層的情況下，功率高低對于熔覆層的硬度影響不大。