不同激光熔覆功率对于钛合金TC4表面熔覆STL12的影响

      本文介绍钛合金TC4表面熔覆STL12，钛合金TC4是（α+β）钛合金，其材料的组成为：Ti-6Al-4V。TC4是一种高性能的钛合金，因其具有非常高的强度、强耐腐蚀性、生物相容性以及好的高温性能，广泛应用于航空航天、石油化工、核工业等领域。

但TC4材料硬度较低，耐磨性有限，故提升其表面硬度和材料耐磨性对于拓展该材料的应用领域至关重要。

针对TC4基材，使用STL12钴基粉末进行激光熔覆试验，激光器设备为6KW光纤激光器，熔覆头光斑：直径3mm；气动、同轴送粉设备。

熔覆层厚度0.5mm。

扫描速度100mm/s，氩气流量1L/min，送粉量170r/min，保护气流量1000ml/min ；

分别在以下功率：2kw 3kw 4kw 5kw进行熔覆并取样测试：

1）激光熔覆层的物理形态

从2kw到5kw，随着激光功率的增加，熔覆层宽度明显增加，尤其是在5kw时，增加比例更大。通过分析可知，随着激光功率的增加，在其表面形成的熔池体积逐渐增加，说明TC4基材部分被熔化的更多，稀释率更大。

2）熔覆层的横截面

在2kw进行熔覆时，熔覆层中有对流圈存在

在3k进行熔覆时，熔覆层横截面呈现不规则椭圆形；

在4kw进行熔覆时，熔覆层横截面呈椭圆形；

在5kw进行熔覆时，熔覆层横截面呈椭圆形，但其长轴和短轴较4kw更接近；

随着功率的增大，TC4熔覆层呈现出表面凸起越明显的趋势。

通过观察四个样块的金相组织，在熔覆层的中部，以粗大的树状晶为主，一次枝晶为主，参杂少量二次枝晶；

熔覆层的底部接近热影响区，则粗大树枝晶开始过度为针状组织，且多数垂直于基体方向，少数平行与基体方向，越往底部，针状组织越细小。

上述状况是由于熔覆层中部温度高、温度梯度小、降温慢造成的，但四个样块的趋势接近，说明激光功率对熔覆层内部组织的影响较小。

3）熔覆层的硬度

TC4材料本身的硬度为360HV

熔覆后的样块硬度在820-850HV之间，且四个样块之间没有明显的差别，故在能够充分熔覆0.5mm熔覆层的情况下，功率高低对于熔覆层的硬度影响不大。