金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展.docx

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1、文章编号 :100026893 (2002) 0520473206金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展王华明(北京航空航天大学 材料科学与工程学院 激光材料加工与表面工程实验室 ,北京 100083)RESEA RC H P RO GRESS O N L ASER S URFACE MOD IFICATIO NS OF M ETALL IC MATERIALS A ND L ASER RAPID FO RM ING OF HIGH PERFO RMA NCE M ETALL IC COMPO NENTS WAN G Hua2ming(L aboratory of L a

2、ser Materials Processing and Surface Engineering , School of Materials Science andEngineering , Beijing U niversity of Aero nautics and Ast ro nautics , Beijing 100083 , China)摘 要 : 简要报道本实验室目前在先进航空金属材料激光表面改性及高性能金属零件激光快速成形技术研究与应用的新进展 。主要内容包括 : (1) 钛合金耐磨阻燃激光表面合金化与激光熔覆表面改性技术 ; ( 2) 刷式 密封及指尖密封跑道高温自润滑耐磨涂

3、层新材料及其激光熔覆制备新技术 ; ( 3) 难熔金属硅化物复合材料高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及激光熔覆涂层技术 ; (4) 高性能/ 梯度性能钛合金及高温合金结构件激光快速成形技术 。关键词 : 激光表面改性 ;钛合金 ;金属间化合物复合材料涂层 ;高温磨损 ;激光快速成形中图分类号 : T G665 ; V252文献标识码 :AAbstract : Progress of research and applicatio ns o n laser surface modificatio ns (laser surface alloying , laser cladding) of adva

4、nced aero nautical metallic materials and laser rapid forming of high2performance metallic co mpo nent s current2 ly undertaken in t he L aboratory of L aser Materials Processing and Surface Engineering is briefly reviewed and t he potential applicatio ns in t he aircraf t and gas t urbine engines a

5、re p rospected. The main co ntent s include (1) laser sur2 face alloying and cladding of titanium alloys for wear2 , o xidatio n2 and burn2resistance ; ( 2 ) laser cladding for ad2 vanced high2temperat ure self2lubricatio n wear2resistant metal and ceramic mat rix co mposite coatings for high2tem2 p

6、erat ure brush seal and finger2tip seal applicatio ns ; ( 3 ) microst ruct ure and mechanical p roperties of laser clad ad2 vanced high2temperat ure wear and corrosion resistant multi2f unctional ref ractory metallic silicide composite coatings and pro2 cessing ; (4) laser rapid forming of high2perf

7、ormance/ f unctionally graded titanium and superalloys component s.Key words : laser surface modificatio n ; titanium alloys ; intermetallic co mposite coatings ; high2temperat ure wear ;laser rapid forming激光技术是 20 世纪对人类文明及社会进步影响最深远的重大科技成果之一 ,激光技术在材 料科学及制造科学中的应用 ,大大促进了材料科 学与工程及先进制造技术的发展 ,实际上 ,微 - 纳

8、米低维材料 (薄膜 、多层膜 、微 - 纳米粉体及原子簇材料等) 及三维块体新材料激光合成与加工等 新材料合成技术 ,激光焊接 、激光切割 、激光打孔 、 激光微细加工 、激光清洗 、激光快速原型制造等先 进激光制造技术 ,激光表面相变强化 、激光冲击强化 、激光表面熔化 、激光表面合金化 、激光熔覆等激光表面改性技术 ,高性能/ 梯度性能金属零件激 光快速成形等材料设计 、制备与快速成形一体化 先进激光快速制造技术 ,一直是材料科学与工程 、 制造科学与工程等领域中最活跃 、发展最迅速的前沿热点研究课题 ,这些技术对未来航空航天及 工业技术的进步和发展将产生深远的影响 。1 钛合金高温耐磨阻

9、燃激光表面合金化与激光熔覆表面改性新技术钛合金具有密度低 、比强度及屈强比高 、高温 力学性能及耐蚀性优异等突出特点 ,在高推比航 空发动机及先进战斗机等国防武器装备中的用量 及对武器装备技术水平的作用越来越大 。但是 , 钛合金摩擦系数高 、耐磨性低 、高温高速摩擦易燃收稿日期 :2002206202 ; 修订日期 :2002207201基金项目 : 国家 863 计划 ( 2001AA337020 , 2002AA331030 ) 、国家自然科学基金 ( 50071004 , 50101001) 、十五总装科 技 预 研 、航 空 基 础 科 学 基 金 ( 99 H51042 , 98

10、H51017 , 00 H51013 ,02 H51011) 、北京市自然科学基金 ( 2022012) 及武器装备预研基金资助项目文章网址 : ht tp :/ / www . hkxb. net . cn/ hkxb/ 2002/ 05/ 0473/474航 空学 报第 23 卷着火 “( 钛火”) 等致命缺点 ,严重限制了钛合金零部件在高推比航空发动机等先进国防武器装备中 的应用并进而严重影响国防武器装备技术水平的 提高 。因此 ,提高钛合金关键零部件的耐磨性能 、 阻燃性能 、微动疲劳性能等“表面性能”,成为先进航空发动机等武器装备研制进程中必须攻克的重 要课题 。然而 ,由于受钛合金

11、本性的限制 ,沿用发 展新型钛合金的传统合金设计思路 ,难以有效克 服钛合金的上述固有性能缺点 。由于摩擦 、粘着 、 磨损 “、钛火”等失效行为均为起源于零件表面并逐渐发展的破坏行为 ,因此 ,采用先进的表面工程 技术 ,直接在钛合金零件表面实际承受接触摩擦 磨损等作用的特定部位上制备一层具有低摩擦系 数 、优异耐磨性能 、优异阻燃性能 、与钛合金零件 基材之间为牢固冶金结合的特殊材料冶金涂层 ,无疑是在保持钛合金固有性能优点的条件下 、从 根本上解决钛合金摩擦系数高 、耐磨性低 、高速高 温摩擦易燃着火等固有性能缺点的最有效 、最经 济 、最灵活和最具可设计性的方法之一1 7 。TiN 及

12、 TiC 等高硬度高熔点间隙相具有优异的耐磨性与化学稳定性 ,若能在钛合金零件表面 制备出含有较高体积分数 TiN 及 TiC 等耐磨增 强相的复合材料冶金涂层 ,则可望有效解决钛合 金耐磨性低的问题 ,据此 ,分别以元素氮及元素碳 为合金元素分别对 B T9 , TC4 等钛合金进行激光 表面合金化 ,利用氮气及碳粉与钛合金表面激光 熔化高温熔池之间的冶金化学反应 ,在钛合金表 面分别制得了以高硬度高耐磨 TiN 及 TiC 初生 树枝晶为耐磨相的“原位”耐磨复合材料表面改性 层 ,其与钛合金基材之间为完全梯度渐变冶金结 合 (如图 1 所示) 、厚度在 014210 mm 内灵活可 调 、

13、平均硬度达 HV1000 以上 ,实验室常温干滑动 磨损试验结果表明其耐磨性较钛合金基材提高了459318 倍1 ,3 5 。由于 TiN 及 TiC 在 450 以上高温抗氧化性能较低 ,上述以 TiN 及 TiC 硬质化合物为增强相 的耐磨复合材料激光合金化表面改性层 ,主要适 用于在室温及 450 以下摩擦磨损条件下工作 , 在更高温度条件下 ,必须需求新的耐磨涂层材料体系 。难熔金属硅化物 Ti5 Si3 具有熔点高 、密度 低 、室温及高温硬度高 、抗磨料磨损及粘着磨损能 力强 、同金属之间摩擦系数低 、高温抗氧化性能好 等突出特点 ,可望成为一种优异的高温耐磨新材 料 ,据此 ,本

14、文以 Si 作为合金元素对钛合金进行激光表面合金化 ,制得了由块状难熔金属硅化物Ti5 Si3 初生相及2Ti/ Ti5 Si3 共晶组织组成 、与基材间为完全冶金结合的 Ti5 Si3 /2Ti 耐磨复合材 料表面改性层 (如图 2 所示) ,合金层平均硬度根 据需要可在 HV600 HV1100 范围内灵活可控且 分布均匀 ,激光表面合金层中 Ti5 Si3 体积分数及 显微组织 ,根据需要可通过改变合金层中元素 Si 的含量及激光表面合金化工艺参数而得到灵活控 制 ,与钛合金基材相比 ,室温干滑动磨损耐磨性提 高 85125 倍以上2 ,3 ,6 。图 2 Ti26Al24V 钛合金激光

15、表面合金化 Ti 5Si3/2Ti 耐磨复合材料表面改性层显微组织 SEM 照片Fig12 SEM micrograph showing t he microst ruct ure of a laser sur2face alloyed Ti Si /2Ti composite coating on Ti26Al24V5 3由于钛合金表面 Ti5 Si3 增强耐磨复合材料表面改性层的基体组织仍为钛基固溶体 ,虽然其 体积分数很低 ,但由于受钛合金本性的决定作用 , 涂层基体组织中少量相的存在仍然在一定程度 上影响了涂层的耐磨性及摩擦系数 。为进一步提 高激光表面改性层的摩擦学性能 ,以 Ti2

16、Si2Ni 合 金粉末为原料 、采用激光熔覆技术在 B T9 及 TC4钛合金表面上制得了以规则块状 Ti5 Si3 金属硅化物为耐磨增强相 、以 Ti5 Si3 / Ni Ti2 金属间化物共 晶 组 织 为 基 的 新 型 金 属 间 化 合 物 耐 磨 复 合 材 料 涂 层 ( 见 图 3 ) 。涂 层 组 织 中 块 状 初 生 相 Ti5 Si3 及块状初生相之间 Ti5 Si3 / Ni Ti2 共晶组织图 1 Ti26Al24V 钛合金激光气体表面合金化 TiN/ T“i 原位”耐磨复合材料表面改性层组织 SEM 照片Fig11 SEM micrograph showing t

17、 he microst ruct ure of laser surface alloyed TiN/ Ti composite coating on Ti26Al24V475第 5 期王华明 :金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展2高温自润滑耐磨涂层新材料及激光熔覆涂层制备新技术先进高推比航空发动机等先进国防武器装备 中存在着许多在高温条件下承受强烈摩擦磨损作 用的相对运动付耐磨零部件 。它们不仅要求具有 优异的高温耐磨性与抗氧化性 ,而且由于高温条 件下无法实现外加润滑而必须具有优异的高温自 润滑性能 。例如 ,刷式密封及指尖密封技术是高 推比航空发动机高温气体密封的

18、两大先进核心关 键技术之一 ,由于密封跑道耐磨涂层要在高温高 压氧化性气体环境中 、在和丝刷或指尖环紧密接 触 、相对滑动速度达 300 m/ s 以上条件下承受强 烈的高温摩擦磨损作用 ,转子跑道表面高温耐磨 涂层材料的高温摩擦学性能及涂层质量 ( 涂层组 织必须完全致密 、涂层与基材间的结合必是无界 面冶金结合) 对刷式密封及指尖密封装置的密封 性能及使用寿命具有决定性影响 ,因而 ,密封转子 跑道表面高温耐磨涂层材料的高温耐磨性能 、同 金属丝刷之间的摩擦学相容性 (如摩擦系数 、粘着 倾向等) 、涂层质量 ( 致密性 、均匀性等) 及其与转 子基材之间的结合强度 ,对刷式封严效率及封严

19、 性能具有决定性的影响 。对密封跑道高温耐磨涂 层材料性能及涂层质量与涂层技术均提出了严峻 的要求和挑战 。针对高推比航空发动机研制及现役航空发动 机改型的需要 ,本课题组在国内外率先采用激光 熔覆技术开展了高温自润滑金属基及陶瓷基高温 耐磨复合材料涂层新材料及其优质涂层激光熔覆(a) 显微组织 SEM 照片( b) 沿层深硬度分布曲线图 3 钛合金 B T9 表面激光熔覆 Ti 5Si3/ Ni Ti2 耐磨耐蚀复合 材料涂层显微组织及沿层深硬度分布曲线Fig13Micro st ruct ure and hardness p rofile of a laser cladTi5 Si3/ N

20、i Ti2 inter metallic mat rix co mpo site coating的相对量 ,根据需要可以方便地通过改变合金粉末成分而进行灵活设计与控制 。由于上述激光熔 覆金属间化合物耐磨涂层的组织组成相全部均为 金属间化合物 ,金属间化合物 Ti5 Si3 及 Ni Ti2 高 的室温及高温硬度 、独特的金属键与共价键共存 性质 ,使得该新型金属间化合物耐磨复合材料涂层不仅具有极低的磨损速率 ,而且还具有很低的 摩擦 系 数 , 与 原 始 钛 合 金 基 材 相 比 , 激 光 熔 覆 Ti5 Si3 / Ni Ti2 金属间化合物耐磨复合材料涂层耐磨性可 提 高 140

21、倍 以 上 、摩 擦 系 数 降 低 一 倍 以8 12。以 NiCr2Cr3 C22制 备 技 术 的 研 究 探 索Ca F2 / Ba F2 及 Ag 混合粉末为原材料 、采用激光熔覆技术在铁基及镍基高温合金表面上 ,制得了以 NiCr 镍基高温合金固溶体为基体 、以 Cr7 C3 高硬 度碳化物为高温耐磨相 、以 Ca F2 / Ba F2 共晶为高 温自润滑相 、以金属 Ag 为中低温自润滑相的快 速凝固高温自润滑金属基耐磨复合材料涂层 ,该 涂层与金属基材之间为完全冶金结合 、涂层平均 硬度约 HV1000 、耐磨相体积分数最高可达 80 % 以上 ,该涂层在我国某航空发动机高压压

22、气机丝 刷密封耐磨跑道上进行了初步激光熔覆工艺及应 用试验 。目前正集中精力开展以金属间化合物为 耐磨相 、以金属间化合物为高温及低温自润滑相 的新型高温自润滑耐磨金属间化合物基复合材料 ( IMCs) 涂层新材料及其激光熔覆技术的研究 。随着航空发动机工作温度的不断升高 ,金属上7。为进一步提高钛合金零件的高温抗氧化性能及高温耐磨性与阻燃性能 , 采用 Ni80Cr202Cr3 C2混合 合 金 粉 末 为 原 材 料 , 采 用 激 光 熔 覆 技 术 在 TC4 钛合 金 表 面 制 得 了 以 高 体 积 分 数 Cr7 C3 + TiC 为耐磨增强相 、以高温抗氧化性能及高温强 韧性

23、优异的 NiCr 镍基高温合金固溶体为基 、涂层 厚度为 015210 mm 的高温耐磨阻燃复合材料冶金涂层 ,涂层与基体为完全冶金结合 ,涂层中高温 耐磨相的体积分数可在 20 % 80 %范围内灵活 调节 ,涂层平均硬度达 HV800 HV1400 、耐磨性 可提高 35180 倍 。476航 空学报第 23 卷基高温自润滑耐磨复合材料涂层难以满足压气机特别是涡轮燃气高温密封跑道的性能要求 ,为此 , 我们近期开展了陶瓷基高温自润滑耐磨复合材料 涂层新材料及其激光熔覆涂层新技术的探索 ,分 别以 Al2 O32Ca F2 及 Al2 O32NiO 陶 瓷 粉 末 为 原 材 料 ,采用激光

24、熔覆涂层技术在金属及氧化铝结构 陶瓷基材上制得了以氟化钙 ( 见图 4 ( a) ) 及 NiO (见图 4 ( b) ) 为高温自润滑相 、以 Al2 O3 为基的氧 化物陶瓷基复合材料高温自润滑耐磨涂层 。图 4 (a) 中片状骨架相为 Al2 O3 、球状相为 Ca F2 ; 图 4( b) 中树枝状相为 Al2 O3 ,枝晶间为 NiO 。系统地 研究了涂层中高温自润滑相的体积分数 ( 10 %50 %) 及激光熔覆工艺参数对涂层组织 、耐磨性及 摩擦系数的影响 ,室温干滑动磨损试验结果表明 , 大量 Ca F2 及 NiO 等高温自润滑相的加入 , 尽管使涂层硬度大幅度降低 ,但涂层

25、的耐磨性却大幅 度提高 、摩擦系数显著降低 (详见表 1) ,与激光熔 覆 100 %Al2 O3 相比 ,即使在 NiO 及 Ca F2 等高温 自润滑相几乎无明显作用的室温干滑动磨损条件 下 ,激光熔覆陶瓷基高温自润滑陶瓷基复合材料涂层耐磨性最高可提高近 30 倍 、摩擦系数也显著 降低 。3难熔金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层材料及其激光熔覆涂层技术Mo2Si , Cr2Si , N b2Si , Ti2Si , Ni2Si 等过渡金属硅化物具有熔点高 、高温抗氧化性能优异 、耐蚀性好 、高温蠕变强度高等突出特点 ,被誉为在航空航 天 、船舶等工业中很有发展前途的新一代高温结 构候选材料

26、之一 。然而 ,严重的室温及中温脆性 、 低的高温强度是目前阻碍其走向工业实际应用的 主要障碍 。但是 ,从耐磨耐蚀耐高温氧化涂层材 料及表面工程观点来看 ,由于其很高的硬度及其 反常的硬度2温度关系 、金属键 、离子键及共价键 共存的强原子间结合力性质及其独特的化学成分 特点 ,上述金属硅化物无疑会具有优异耐磨料磨 损 、粘着磨损 、高温磨损性能 、低的摩擦系数 、优异 的高温抗氧化性能与耐蚀性能 ,因而有望成为一 类在航空发动机高温运动摩擦副等部件上具有广 阔应用前景的高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料 。 据此 , 本 课 题 组 率 先 在 国 内 外 开 展 了 激 光 熔 覆Mo Si2

27、 , Cr3 Si2Cr , Cr3 Si2Cr2 Ni3 Si , Ti5 Si32Ni Ti2 , Ni Si2Ni2 Si ,Ni31 Si152FeNi 等金属硅化物复合材料 涂层新材料及其优质涂层激光熔覆制备技术的研 究与开发 。研究结果表明 ,上述激光熔覆新型高 温耐磨耐蚀多功能涂层新材料组织致密均匀 ; 同 零件金属基材间为牢固的冶金结合 ; 涂层硬度在 HV600 HV1800 之间 ; 具有优异的室温及高温 磨料磨损 、粘着磨损性能 ; 具有很低的摩擦系数 、 十分优异的耐化学腐蚀及电化学腐蚀性能具有优 良的高温抗氧化及耐蚀性能13 23 。由于篇幅的 限制 ,在此仅给出激光

28、熔覆 Cr3 Si2Cr2 Ni3 Si 金属硅 化物复合材料涂层组织 (见图 5) 及其部分性能试 验结果 ( 图 6 ) 。由图 5 ( a ) 可 见 , 涂 层 组 织 均 匀 致图 4 激光熔覆两种材料高温自润滑陶瓷基耐磨复合材料显微组织 SEM 照片(a) Al2O3230 %Ca F2 ; ( b) Al2O3220 %NiOFig14 SEM micrograp hs showing t he micro st ruct ure of laser clad Al2O3230 %Ca F2 (a) and Al2O3220 %NiO ( b) high2 temperat ure

29、 self2lubricatio n wear resistant ceramic ma2 t rix co mpo site coatings表 1 激光熔覆高温自润滑陶瓷基耐磨复合材料涂层硬度及室温干滑动磨损试验结果Ta ble 1 Relative wear resistance and f riction coeff icient of laser cla d high2temperature self2lubrication wearresistant cera mic matrix composite coatings图 5 激光熔覆 Cr3Si2Cr 2Ni3Si 金属硅化物高温

30、耐磨耐蚀多功能复合材料涂层 ( a) 横断面低倍组织 OM 照片 ; ( b) 涂 层典型组织 SEM 照片涂层成分硬度相对耐磨性摩擦系数100 %Al2O3Al2O3230 %NiO Al2O3240 %NiO Al2O3250 %NiOHV1620HV1250HV1190HV97014158173170160014801450148Fig15OM p hotograp h showing t he overview t ransverse sectio n(a) and t ypical micro st ruct ure ( b) of a laser clad Cr3 Si2Cr 2N

31、i3Si metal silicide wear and co rro sio n resistant co m2po site coating Al2O3230 %Ca F2 HV760 2913 0148 477第 5 期王华明 :金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展本 、快速先进制造技术 。它将快速原型制造技术 、高功率激光熔覆技术与先进材料制备技术有机融 为一体 ,在金属零件 CAD 三维实体模型切片数据 的驱动下 、通过金属材料的激光逐层熔覆沉积 ,在 无需任何专用模具和任何专用工装条件下直接快速制造出具有快速凝固组织特征的高性能全致密 复杂实际金属零件 。利

32、用该工艺可通过在激光逐 层熔覆沉积成形过程中可灵活改变合金粉末的成 分制造不同部位具有不同材料的梯度功能材料金 属零部件 。激光快速成形工艺有 : 工艺简单 、制造环节少 、适应于各种复杂金属零件快速制造与 柔性制造 ; 材料合成制备与复杂零件快速成形 制造一体化 ; 具有快速凝固非平衡组织 、机械性 能优异并可方便地制造梯度性能零件 ; 制造工 艺简单 、生产成本低 、材料利用率高等独特优点 ,尤其适合于飞机机身钛合金复杂结构件及航空发 动机涡轮盘 、叶片等关键高性能高温合金复杂结 构件的快速制造 ,例如 ,美国 Aero met 公司利用激 光快速成形技术制造的多个钛合金关键大型承力 结构

33、件 ; 如尺寸达到 215 m 、重达 130 kg 的大型整体筋板加强钛合金发动机框 、机翼拼接接头等已 在 F222 及 F218 E/ F 上得到批量应用 。北京航空航天大学激光材料加工与表面工程 实验室自 1998 年以来 ,以先进飞机机身带筋加强 复杂钛合金关键承力结构件及高推比航空发动机高性能梯度性能高温合金涡轮盘的快速制造为研 究目标 ,开展了 B T20 , TC4 等钛合金带筋加强 复杂结构件 ; Rene95 , Rene88D T 等径向定向快 速凝固高温合金零件 ; Ni2Si , Ti2Si 金属间化合 物及 Cr2Si 金属间化合物基复合材料15 ,17 ; 高温耐

34、磨耐蚀合金结构件激光快速成形关键材料技 术 、工艺技术及工艺装备技术的研究与开发 。例 如 ,针对高推比航空发动机涡轮盘的工作条件和 性能要求 ,开展了超纯净 、径向定向快速凝固梯度 性能高温合金涡轮盘激光快速成形技术的探索研究 ,初步快速成形出了具有沿盘件径向方向定向 快速凝固树枝晶组织的“径向定向快速凝固镍基 高温合金盘件”样件 ,其沿径向方向定向生长的树 枝晶非常细小挺直 、组织致密均匀 ,其一次枝晶及 二次间距十分细小并几乎不随盘件直径的增加而 变化 ,与普通定向凝固组织相比 ,激光快速成形定向凝固组织直径间距降低近百倍 。由于其组织完 全致密且树枝晶生长方向与涡轮盘高温受力方向 一致

35、 ,具有优异的高温蠕变强度与疲劳强度 ,特别 是其生产工艺简单 、生产制造周期短 、材料利用率图 6 不 锈 钢 1Cr18Ni9 Ti 与 平 均 化 学 成 分 为 Cr47Ni40 Si13的激光熔覆 Cr 3Si2Cr 2Ni3Si 金属硅化物高温耐磨耐蚀多 功能复合材料涂层在 5 % H2SO4 水溶液中的阳极极化 曲线Fig16 Ano dic polarizatio n curves of a laser clad Cr3 Si2Cr 2Ni3Si metal silicide co mpo site coating and t he austenitic stain2 less

36、 steel 1Cr18Ni9 Ti in 5 %H2SO4 water solutio n密 、涂层与基材间为牢固的无界面冶金结合 ;由图5 ( b) 可见 , 其组织由 Cr3 Si 初生树枝晶均匀分布 于 Cr2 Ni3 Si 三 元 金 属 硅 化 物 基 体 中 。激 光 熔 覆 Cr3 Si2Cr2 Ni3 Si 金属硅化物复合材料涂层硬度高 而且分布非常均匀 。随着 Cr3 Si 初生树枝晶体积 分 数 的 不 同 , 涂 层 平 均 硬 度 可 在 HV400 HV1200 范围内调节 , 室温干滑动磨损耐磨性较1Cr18Ni9 Ti 提高 37 78 倍 、摩擦系数降低 50

37、 % 以上 。由图 6 可见 , 即使在 H2 SO4 水溶液中 , 激 光熔覆 Cr3 Si2Cr2 Ni3 Si 金属硅化物复合材料涂层 的耐电化学腐蚀性能也远远优于奥氏体不锈钢1Cr18Ni9 Ti 。本文研究结果表明 ,上述 Mo2Si , Ti2Si ,Cr2Si 等金属硅化物复合材料涂层系一类在航 空发动机等领域中具有重要应用前景的新型高温 耐磨耐蚀多功能涂层新材料 。4高性能/ 梯度性能钛合金及高温合金结构件激光快速成形技术随着航空等武器装备技术水平的不断提高和研制 、生产周期及装备部队使用周期的不断缩短 ,对武器装备中钛合金 、高温合金等关键金属零件 的制造技术及材料性能都提出

38、了越来越高的要求 ,在制造技术上 ,要求高效 、快速并具有快速响 应能力及柔性 ;在材料技术上 ,对武器装备中关键金属结构件材料性能要求越来越高 ,甚至要求同 一金属零件不同部位用不同的材料来制造以满足同一金属零件不同部位的特殊材料性能 ,因此 ,现 代制造技术要求高性能材料设计 、制备与近净成形复杂金属零件快速成形一体化 。 高性 能 金 属 零 件 激 光 快 速 成 形 技 术 ( L aserRapid Fo r ming ) 是 1995 年在美国发明并异常迅 速发展的一种高性能全致密实际金属零件的低成478航 空学 报第 23 卷高 (可达 60 %以上) 、制造成本低 。另外 ,

39、 本技术也特别适合于航空航天武器装备关键高温结构零 部件的激光熔覆快速修复与性能升级再制造 。由 于其独特的优点 ,可以预见高性能金属零件激光 快速成形技术将很快在飞机 、发动机关键金属零件的快速制造及修复中发挥独特的作用 。395 .张强 ,于利根 , 王华明. J . 金属热处理 , 2001 ( 3 ) : 23 -25 .( Zhang Q , Yu L G , Wang H M . J . Heat Treat ment ofMetals , 2001 , ( 3) : 23 - 25 . )Wang H M , Yu Y L , Li S Q . J . Scri pt Mater

40、 , 2002 , 47 ( 1) : 57 - 61 .王华明 , 于荣莉. J . 应用激光 ,2002 , 22 :86 - 89 .( Wang H M , Yu R L . Applied L asers , 2002 , 22 : 86 -89 . )王华明 , 张秋莉. J . 材料科学与工艺 , 2001 , 9 ( 增刊) :216 - 217 .( Wang H M , Zhang Q L . J . Jo urnal of Materials Technol 2ogy , 2001 , 9 ( Sup . ) : 216 - 217 . )王华明 , 徐子文. J . 材

41、料科学与工艺 , 2001 , 9 ( 增刊) :218 - 219 .( Wang H M , Xu Z W. J . Jo urnal of Materials Technolo 2gy , 2001 , 9 ( Sup . ) : 218 - 219 . )段刚 ,王华明. J . 材料科学与工艺 ,2001 , 9 ( 增刊) : 220- 221 .( Duan G , Wang H M . J . Jo urnal of Materials Technolo gy ,2001 , 9 ( Sup . ) : 220 - 221 . )张立强 , 王华明. J . 材料科学与工艺 ,

42、 2001 , 9 ( 增刊) :222 - 223 .( Zhang L Q , Wang H M . J . Jo urnal of Materials Technol 2ogy , 2001 , 9 ( Sup . ) : 222 - 223 . )王春敏 , 王华明. J . 材料科学与工艺 , 2001 , 9 ( 增刊) :62 - 63 .( Wang C M , Wang H M . J . Jo urnal of Materials Technol 2ogy , 2001 , 9 ( Sup . ) : 62 - 63 . )于荣利 , 王华明. J . 材料科学与工艺 ,

43、2001 , 9 ( 增刊) :290 - 291 .( Yu R L , Wang H M . J . Jo urnal of Materials Technolo gy ,2001 , 9 ( Sup . ) : 290 - 291 . )Liu X B , Wang H M . J . J Mater Sci L et t , 2001 , 20 :1489 - 1492 .Duan G , Wang H M . J . Scri pt Mater , 2002 , 46 ( 1) : 107- 111 .Duan G , Wang H M . J . J Mater Sci , 200

44、2 , 37 ( 10 ) :1981 - 1985 .段刚 , 王华明. J . 复合材料学报 ,2002 , 19 ( 1) : 32 - 36 . (Duan G , Wang H M . J . Acta Materiae Co m po sitae Sini2 ca , 2002 , 19 ( 1) : 32 - 36 . )Wang H M , Duan G. J . Mater Sci En g , 2002 , A336 :117- 123 .1011125结论(1) 基于快速凝固新材料合成与制备的激光表面合金化及激光熔覆表面改性新技术 ,是提高 钛合金等航空金属材料及其高温运

45、动副零部件高温耐磨耐蚀等高温性能的最有效方法之一 。(2) 集材料设计 、制备与快速成形于一体的高 性能/ 梯度性能金属零件激光快速成形技术 ,在钛 合金 、高温合金等复杂结构件的快速制造及修复中均具有十分重要的应用前景 。131415致谢有张凌云 、于利根 、于荣莉 、何秀丽 、蒋平 、张 强 、刘秀波 、段刚 、刘元富 、吕旭东 、王春敏 、蔡良续 、 李锁岐 、张继娟 、张立强 、张长利 、曹芳 、徐亚伟 、方 艳丽等同志参加了本文研究工作 ,谨此致谢 !1617参考文献gs Tech21J iang P , He X L , Li X X , et al . J . Surf & Co

46、atinnol , 2000 , 130 ( 1) : 24 - 28 .182J iang P , Wang H M . J . Proc of SP I E , 2000 , 3888 : 476 -481 .蒋平 ,张继娟 ,王华明. J . 应用激光 ,1999 , 19 ( 5) : 229 -232 .319(J iang P , Zhang J J , Wang H M . J . A19 ( 5) : 229 - 232 . )pplied L asers , 1999 ,204王 华 明 , 何 秀 丽. J .S126 .金 属 学 报 , 1999 , 35 ( 10 ) : S124 -21( Wang H M , He X L . J . Acta Metallur35 ( 10) : S124 - S126 . )gica Sinica , 1999 ,225刘元富 ,赵海云 , 王华明. J .314 - 318 .材料研究学报 , 2002 , 16 ( 3 ) :( Liu Y F , Zhao H Y , Wang H M . J . Chinese Jo urnal Material Research ,2002 ,16 ( 3) :314 - 318 . )2236蒋平 ,张继娟 ,于利根 ,等. J . 稀有金属材料与工程 ,