“预氮化－激光”复合工艺制备钛基复合强化涂层研究

针对目前钛合金表面强化中难以获得大厚度（>1.5mm）高质量强化涂层的难题，申请人提出了一种基于"预氮化"与激光复合处理制备钛基大厚度复合结构强化涂层的新方法。该方法将传统的激光深层合金化过程中的氮化反应过程部分提前至激光处理之前进行，其特征是将获得具有大尺寸球形原生增强颗粒和细小的次生强化相（一般为亚微米量级）同时强化的复合结构涂层。本研究首先对粒径在75～150μm的球状或近球状钛合金颗粒进行氮化处理并以之作为氮元素载体。在随后的激光辐照过程中，通过将"预氮化"好的钛合金颗粒和正常钛合金材料按设计好的组分混合并使之进入熔池来实现氮元素的引入。该方案的优点是氮源精确可控，且强化效果具有可定制性。本项目拟就其预氮化过程控制、熔池反应规律、新型复合结构的形成及强化机制等开展基础性研究。本项目将为钛合金表面强化提供一个具有氮源精确可控、便于开展复合结构设计的低成本强化解决方案，应用前景广阔。

本项目针对目前钛合金表面强化中难以获得大厚度（>1.5 mm）高质量强化涂层的难题，提出了一种基于"预氮化"与激光复合处理制备钛基大厚度复合结构强化涂层的新方法，该方法将传统的激光深层合金化过程中的氮化反应过程部分提前至激光处理之前进行，其特征是将获得具有大尺寸球形原生增强颗粒和相对细小的次生强化相同时强化的复合结构涂层。项目开展中，首先对粒径在75～150 μm的球状或近球状钛合金颗粒进行了预氮化研究，探索了高温预氮化和火花式预氮化用于制备大尺寸球形载氮颗粒的可行性。在成功获取大尺寸球形载氮颗粒后，开展了该大尺寸颗粒与正常粒径钛合金粉的混合及输运规律研究，掌握了其混合规律和有效的混合方法。在此基础上，进行了"预氮化"与激光复合处理制备钛基复合涂层的系列研究，成功获得了具有大尺寸增强颗粒强化的增强涂层，并就其熔池反应规律、新型复合结构的形成及强化机制等开展基础性研究，测试了所获涂层的力学性能。实验表明，"预氮化"与激光复合处理方案的优点是氮源精确可控，且强化效果具有可定制性。本项目将为钛合金表面强化提供一个具有氮源精确可控、便于开展复合结构设计的低成本强化解决方案，应用前景广阔。基于上述研究工作，取得如下成果：发表研究论文11篇，其中SCI 3篇，EI 6篇，ISTP1篇，申报专利6项，其中发明专利4项，已授权专利2项。培养研究生4人，其中已毕业2人，及将毕业1人。