1. Endurecimento de superfície a laser
O endurecimento da superfície a laser utiliza principalmente um feixe de laser de alta energia para irradiar a superfície de um metal ou liga, e o efeito térmico gerado faz com que a superfície do substrato forme um processo de aquecimento sólido que não exceda o ponto de fusão. Ao mesmo tempo, a transformação de fase é reforçada na superfície do metal usando a presença de transformação isomérica no material da matriz combinada com aquecimento a laser e efeito de auto-resfriamento do material. Para ligas de titânio, existem estudos nesta área desde o início do século II. Dai Zhendong et al. melhorou significativamente a dureza da liga de titânio TC11 por meio de têmpera a laser de varredura de superfície, e seu coeficiente de atrito pode ser reduzido para o original 0 0,2 ~ 0,3, e a resistência ao desgaste por atrito foi aumentada em 123 vezes, o que melhorou muito as propriedades da superfície da liga. A estrutura superficial e as propriedades da liga de titânio TC11 foram otimizadas por Zhang Hong et al. Os resultados mostram que a têmpera a laser pode obviamente refinar a estrutura da superfície e melhorar a dureza e a resistência ao desgaste. Zhang Qi et al., através do estudo de várias ligas de titânio tratadas por auto-têmpera a laser e solidificação rápida, confirmaram que o tratamento de auto-têmpera não apenas refina a estrutura e o grão da liga, mas também torna a composição química da superfície mais homogênea , e a taxa de segregação após a têmpera pode ser reduzida do estado original de 1,28 para 1,04, e nenhum buraco, rachadura e outros defeitos são encontrados na camada de têmpera. Uma superfície de liga lisa e uniforme pode ser obtida.
2. Refusão de superfície a laser
A refusão de superfície a laser é um método para derreter e solidificar rapidamente a superfície do substrato, irradiando a superfície do material sob a proteção da atmosfera de argônio, de modo a refinar a estrutura e melhorar o desempenho do material. Guo Chun et al. realizou tratamento de refusão a laser na superfície da liga TC4 por feixe de laser. Após observação microscópica, a estrutura superficial da matriz foi refinada e as propriedades da superfície, como dureza e resistência ao desgaste, também foram significativamente melhoradas. Além disso, alguns pesquisadores usaram o laser Nd∶YAG para fundir novamente a superfície da liga TiNi, e a camada de revestimento e a combinação metalúrgica da matriz são boas, podem formar um filme de passivação contínuo e denso, e a resistência à corrosão é significativamente melhorada. Através do tratamento de refusão da superfície a laser do titânio puro industrial TA2, Dai Jingjie acredita que a melhoria da resistência ao desgaste da superfície se deve à distorção da rede, ao fortalecimento do cristal fino e ao fortalecimento do deslocamento causado pelo processo de fusão. No entanto, a refusão superficial não melhora o desempenho de todos os materiais de liga de titânio, e seu desempenho também pode deteriorar-se. Os resultados mostram que os grãos formados pela fusão superficial a laser da liga de titânio TA15 são anormalmente grosseiros. Após o tratamento de fusão superficial a laser da liga TiZr, Xu Bo descobriu que a microestrutura da zona de refusão a quente era composta por grãos de flocos grossos, a microdureza da zona modificada era menor que a da matriz e a resistência ao desgaste não foi significativamente melhorada.
3. Reparo de superfície a laser
O reparo de superfície a laser pode ser classificado como um ramo da tecnologia de reparo por conformação a laser e também é uma síntese da tecnologia de conformação a laser e da tecnologia de revestimento a laser, que é uma aplicação e desenvolvimento adicional no campo de reparo de peças metálicas. Os defeitos superficiais do titânio e das ligas de titânio podem ser eliminados usando a tecnologia de reparo de superfície a laser. Deng Dewei et al. verificaram que o reparo a laser pode curar rachaduras na superfície da liga de titânio. Após o tratamento de reparo a laser, o valor da dureza da matriz ao redor da zona modificada aumentou e a curva de mudança de dureza entre a zona modificada e a zona afetada pelo calor foi relativamente plana. Gong Xinyong et al. utilizou varredura contínua a laser para reparar o impulsor de liga de titânio TC11 por fusão e precipitação a laser, e o experimento verificou que o desempenho do impulsor estava intacto e o reparo perfeito das peças foi realizado. Cui Aiyong et al. obteve camada de revestimento Cr2O3/Ti sem rachaduras internas na superfície da liga TC4 através da tecnologia de reparo de revestimento a laser. A superfície da camada modificada é lisa e possui boa ligação metalúrgica com o substrato, conseguindo assim o reparo a laser das partes danificadas das pás do compressor.
4. Liga de superfície a laser
A liga de superfície a laser é um método que utiliza feixe de laser de alta energia para aquecer e derreter rapidamente a superfície do material para promover a reação de liga de superfície, de modo a melhorar as propriedades de superfície da liga, que pode ser dividida em liga de gás de superfície e liga de pó de superfície.
O gás introduzido pela liga de gás é principalmente N2 ou sua mistura, também conhecido como nitretação a gás a laser. É em uma atmosfera de nitrogênio, o uso de feixe de laser de alta energia para ativar átomos de nitrogênio, ação de alta temperatura para derreter a superfície do material, o átomo de N ativo e a fase líquida da reação de liga de Ti da poça fundida de metal, formando um fase dura TiN. Após o tratamento de nitretação a gás a laser de titânio puro TA2 com laser Nd∶YAG, Wang Pei et al. descobriram que o coeficiente de atrito na superfície do material era de cerca de 0 0,22, que era cerca de 1/4 da matriz, e a resistência ao desgaste foi bastante melhorada. Ao mesmo tempo, quanto mais densa for a distribuição da área reforçada pela nitretação, menor será o coeficiente de atrito e melhor será a resistência ao desgaste. A curva de distribuição de microdureza que se estende da superfície de nitretação até a matriz mostra que a nitretação a gás a laser pode melhorar a dureza da superfície da liga de titânio.
A liga de pó de superfície a laser é o uso de alta energia a laser e características de aquecimento rápido, de modo que a superfície do substrato e a reação de fusão do pó de liga adicionada se solidificam, formando um material de substrato baseado na camada de liga superficial. Ge Xiaolan et al. usou um feixe de laser de alta energia para ligar a superfície da liga TC4 com pó misto de Ti, Al e Nb para produzir revestimento de liga de TiAlNb. A dureza do revestimento de liga mostrou uma transição suave ao longo da direção da profundidade do revestimento e aumentou gradualmente de dentro para fora. A dureza média do revestimento foi significativamente superior à da matriz TC4, o coeficiente de atrito foi reduzido e a resistência ao desgaste foi quase 3 vezes superior à da matriz. Liu Qinghui et al. elemento elementar revestido de Ti / Si / C misturou pó na superfície da liga TC4 e usou tecnologia de liga a laser para gerar revestimento de liga na superfície da matriz. Verifica-se que o revestimento da liga é composto por compostos de Ti, Si e C. A microdureza média do revestimento é 80% maior que a do substrato, e o coeficiente de atrito médio do revestimento é cerca de 0,38, que é cerca de 16% menor que o do substrato. A dureza da superfície e a resistência ao desgaste são significativamente melhoradas.
5. Revestimento de superfície a laser
O revestimento de superfície a laser também pode ser classificado como uma tecnologia de modificação de superfície, é a base do reparo de superfície a laser. É o uso de feixe de laser de alta densidade de energia para adicionar o material de revestimento à superfície do substrato, para formar o material de revestimento e o substrato, uma boa combinação metalúrgica da camada de revestimento na superfície do substrato. O diagrama do processo de revestimento é mostrado na figura a seguir.
O processo de revestimento a laser é acompanhado pela liga a laser, mas em comparação com a liga a laser simples, o material da camada de revestimento não é totalmente misturado com a matriz para a reação de liga, o que pode refletir melhor as propriedades especiais do material de revestimento. Atualmente, existem muitos sistemas de materiais utilizados para revestimento a laser de titânio e ligas de titânio, incluindo C, B, N, Si e Ni. De acordo com a composição e propriedades da camada de revestimento, os revestimentos preparados podem ser divididos em revestimentos resistentes ao desgaste, revestimentos resistentes à oxidação em alta temperatura, revestimentos biológicos e revestimentos de barreira térmica.
5.1 Revestimento resistente ao desgaste
A resistência ao desgaste da liga de titânio é baixa em comparação com outras propriedades, portanto a modificação da superfície do laser se concentra mais em melhorar a resistência ao desgaste da matriz. Em geral, quanto maior for o teor de fase dura no revestimento resistente ao desgaste, maior será a dureza e melhor será a resistência ao desgaste. Existem muitos materiais de revestimento que podem melhorar a resistência ao desgaste das ligas de titânio, incluindo B, C, Ni, Si, B4C, Cr2C3, TiC, BN, SiC, TiB, TiB2 e Al2O3. Usando pós compósitos NiCr/Cr3C2 e WS2 como matéria-prima, Wu Shaohua et al estudaram a melhoria da resistência ao desgaste de revestimentos compósitos NiCr/Cr3C2 comparando o revestimento a laser com diferentes quantidades de WS2. Os resultados mostraram que o revestimento compósito apresentou melhor resistência ao desgaste quando 20% de WS2 foi adicionado ao material de revestimento. Os resultados mostram que a quantidade adequada de WS2 pode formar uma fase autolubrificante e, então, apresentar boas propriedades de desgaste e antifricção. Sun Ronglu et al. usou lasers para realizar experimentos de revestimento de laser na superfície de amostras TC4. Pós mistos de Ni e MoS2 foram usados como materiais de revestimento. Durante o processo de revestimento, ocorreram reações metalúrgicas entre a camada superficial da amostra, os pós mistos e os pós mistos, e partículas esféricas de CrxSy foram misturadas uniformemente nos dendritos dendríticos da camada de revestimento. O coeficiente de atrito é reduzido enquanto a resistência ao desgaste é melhorada. Liu et al. selecionou pó de liga à base de Co como material de revestimento e obteve revestimento composto à base de cobalto com fases dendríticas finas e granulares reforçadas por tecnologia de revestimento a laser. A resistência ao desgaste da matriz e da camada de revestimento foi medida pela máquina de teste de desgaste e descobriu-se que a taxa de desgaste da camada de revestimento era de apenas 1/12 da matriz, e a resistência ao desgaste foi significativamente melhorada. Weng et al. pó misto à base de TiN e Co para revestimento a laser na superfície da liga TC4, os resultados mostram que compostos intermetálicos Co / Ti com excelente resistência ao desgaste e fase de reforço de dispersão podem ser formados na camada de revestimento, e a resistência ao desgaste do revestimento compósito irá ser melhorado ainda mais com o aumento da adição de pó de TiN.
5.2 Revestimento Resistente à Oxidação
As peças estruturais para aplicações de engenharia geralmente estão em serviço de longo prazo sob condições de alta temperatura. A fim de reduzir ou evitar a reação química ou eletroquímica entre O, S, N e outros elementos na atmosfera de trabalho de alta temperatura e a matriz, uma densa camada protetora de alta temperatura é geralmente construída na superfície para proteger a matriz de ser destruído. Yu Pengcheng et al. usou tecnologia de revestimento a laser para preparar revestimentos compostos na superfície da liga TC4 com pó de liga NiCr-Al-Si como material de revestimento. Os revestimentos de revestimento com estrutura densa contínua foram misturados uniformemente com Al2O3, NiO, TiO2, NiCr2O4 e outros compostos por este método. Os resultados experimentais mostram que a resistência à oxidação em alta temperatura do revestimento é 7 a 9 vezes maior que a do substrato. Liu et al. revestimento a laser TiN + Ti3Al misturou pó na superfície da liga TC4 e preparou um revestimento compósito composto por fases mistas -Ti, TiN, Al2O3 e TiO2. Eles realizaram testes de oxidação isotérmica a 600 e 800 graus, respectivamente. Os resultados experimentais mostram que o revestimento compósito tem melhor resistência à oxidação em alta temperatura do que a matriz de liga de titânio.
5.3 Revestimento de Barreira Térmica
A temperatura operacional na indústria aeroespacial, motores de turbina a gás e outros ambientes atingiu a temperatura limite dos materiais de superliga. O revestimento de barreira térmica de materiais de liga combina o desempenho dos materiais metálicos com as vantagens da resistência a altas temperaturas dos materiais cerâmicos para desempenhar o papel de isolamento térmico dos materiais cerâmicos, para que as peças possam funcionar normalmente sob condições de alta temperatura. Shan Xiaohao et al. usou tecnologia de revestimento a laser para preparar um revestimento de barreira térmica de alta temperatura misturando pós de Nb, Al e Ti, e descobriu que a resistência à oxidação em alta temperatura do revestimento estava relacionada ao grau de segregação de Ti e ao conteúdo de compostos Nb2Al em a liga. Quando a fração mássica do Ti é 15,18% em peso, o grau de segregação do Ti na liga é o mais baixo e a resistência à oxidação do revestimento é a melhor. Tendo em vista o fato de que o TiO2 poroso solto é a principal razão para a baixa resistência à oxidação da liga TC4, Xu Jiangning et al. revestimento a laser NiCrNiSi misturou pó em sua superfície. Os resultados experimentais mostram que o revestimento de filme de óxido composto por Al2O3 e NiO densos e contínuos pode prevenir eficazmente a erosão dos átomos de oxigênio na matriz, e a resistência à oxidação pode ser significativamente aumentada.
5.4 Biorrevestimento
Um revestimento bioativo é depositado na superfície da liga de titânio pela tecnologia de revestimento a laser, o que faz com que a implantação da liga de titânio apresente melhor biocompatibilidade. Li Fuquan et al. revestiu o revestimento biológico de hidroxiapatita na superfície do TC4. A análise de fase do revestimento consistia principalmente de fases cerâmicas duras, como -Ti, Ti3P, TiO e CaTiO3, e a combinação cerâmica foi boa, a superfície era uniforme e lisa, e a resistência ao desgaste e a molhabilidade biológica eram boas. Além disso, a fim de garantir que a matriz da liga de titânio forme um revestimento biológico uniforme, plano e com forte ligação metalúrgica, por revestimento com revestimento gradiente e revestimento múltiplo, para evitar a estrutura do revestimento, mutação de tensão para reduzir a tensão interna. Shi Lei et al. revestido com HA puro, revestimentos mistos de HA e gradiente de HA na superfície do TC4, e descobriu em experimentos comparativos que o revestimento com gradiente de HA apresentou desempenho mais excelente, com alta força de ligação ao substrato, relação Ga/P mais próxima do osso natural, correspondendo a maior teor de HA e atividade biológica superior.
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