第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

66 / 2020-09-14 23:10:15

激光冲击强化前处理对TC4钛合金表面制备涂层后疲劳性能的影响

TiN/Ti涂层,激光冲击强化,Ti-6Al-4V合金,疲劳强度

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采用磁过滤阴极真空弧技术在TC4钛合金表面沉积抗冲蚀多层梯度TiN/Ti涂层，在沉积之前对基体进行激光冲击强化（LSP）前处理。采用原子力显微镜（AFM），纳米压痕和划痕测试仪表征测试了试样表面形貌、基本力学性能等。采用振动测试台考核了试样的疲劳强度，采用扫描电子显微镜（SEM）观察并分析了疲劳断口形貌，并与无前处理试样及基体试样进行了对比。结果表明，涂层及LSP前处理均对基体表面粗糙度影响不大。LSP前处理在TC4表面形成了厚度约为300μm，具有高硬度和残余压应力的硬质层。TC4合金表面硬度从299.5 HV0.2提高到372.2 HV0.2，且在表面引入了-497.9MPa的压残余应力。LSP前处理引入的硬质层可抑制基体表面塑性变形，提高了基体对涂层的载荷支撑，涂层与基体之间的结合强度从54.9N提高至79.1N。TC4合金的平均疲劳强度为251MPa，制备TiN/Ti涂层后试样的疲劳强度为396.8MPa，相对无涂层试样提高了58.1％。增加LSP前处理后试样的疲劳强度为499.1MPa，较TiN/Ti涂层试样提高25.8%，较无涂层试样提高98.8%。TiN/Ti涂层可以抑制表面上的裂纹萌生并减缓其扩展速率，从而提高了疲劳强度。采用LSP前处理后，TC4表面形成的硬质层使试样疲劳裂纹源移至界面下方，裂纹萌生难度增加，且提高的结合强度可进一步降低裂纹扩展速率。因此，TiN/Ti涂层试样经LSP前处理后，疲劳强度进一步提高。