钛合金作为船舶零部件的资料，其工作机能和使用寿命是船舶持续不变运行的关键成分，船舶在海洋环境中的运行受海洋盐雾、热、力和化学等成分的影响，其中主导影响成分是热烧蚀。随着现代海洋事业的急剧发展，船舶的工作功夫也随之增长，这也使得船用零部件的工作功夫急剧增长，对零部件的机能也提出了更高的要求。在高速气流的冲击下，这些低熔点资料会从管壁上剥落，裂纹会随着功夫的增长不休延长到零件的内部，并在持久的轰击下持续扩大，直至齐全败坏。此表，超高温的烧蚀会扭转零件的尺寸，甚至导致 零件变形，零件的严沉烧蚀会导致船体衔接松动，影响船舶行驶职能，使船舶零件提前失效，并且达不到预期的工作成效，甚至会产生大变乱。

烧蚀尝试成本高，难以仿照高温、高速磨损、大负荷和高能侵蚀残留等多沉成分下的复杂使用环境。因而，若何选择一种实用的方式仿照现实发射过程，对于理解船舶零件的热烧蚀法规拥有沉要意思。随着科学技术的进取，激光已经利用于很多分歧的领域，并做出了很多贡献。激光作为一种新型的热防护资料烧蚀仿照光源，其怪异的优势在于其发光强度和聚焦能力，在聚焦状态下能够达到数万摄氏度，并且易于实现和节造。

本文拟在现有钛合金基体和铬涂层热危险机理钻研的基础上，选取脉冲激光加热的步骤，在不思考机械、化学等成分的情况下，思考热成分对钛合金基体和铬涂层烧蚀量的影响，从而对船舶零件的热烧蚀法规进行深刻钻研。选取长脉冲激光照射钛合金基体和 Cr 涂层，利用热传导效应将高能激光的能量传递到试样表表，通过扫描电子显微镜和能谱钻研了激光烧蚀法规。

1、 尝试资料与步骤

钛合金选取线切割技术切割成 2 cm×1 cm×0.5 cm试样，用 1500 # 砂纸将钛合金表表打磨光滑，而后用磨膏抛光，而后超声波洗濯备用。选取电弧离子镀技术将 Cr 涂层沉积在造备好迪胙合金样品表表，真空度为 6×10×10×3 Pa，温度为 300 °C，NH 3 压力为2~3 Pa，偏压电压为 800~1 000 V，沉积功夫为 10~20 min。

本尝试使用的仪器为自造长脉宽激光器，型号为FLK-TIX6409Hz。激光脉冲烧蚀尝试法式如下。

1）对准激光器、镜头和样品；

2）将测试样品牢固地固定在磁铁上；

3）打开脉冲开关，调节脉冲能量，当脉冲数达到要求数时，关关激光器等装置；

4）尝试实现后，将试样在乙醇-丙酮混合物中洗涤5 min，将试样装入样品袋中，贴标/密封保留。

激光烧蚀尝试参数见表 1，激光烧蚀尝试内容见表 2。

2 、尝试了局

2.1 钛合金试样的激光烧蚀表表描摹

图 1（a）所示为激光能量为 2.0 J 的激光烧蚀后钛合金基体在低倍数下的整体表表描摹，激光烧蚀尝试后钛合金表表出现了类似陨石坑的烧石坑。图 1（b）为激光烧蚀 10 000 次后中心区域的表表描摹，能够看出，在烧蚀的中心区域形成了光滑的表表，但表表边缘出现了很多陆续的裂纹。如图 1（b）中的箭头 A 所示，通过 SEM/EDAX（扫描电镜及能谱）分析，光滑表表富集了 73.68%的 Ti、4.14%的 O、10.40%的 N 和5.53%的 Al。

如图 1（b）所示，激光烧蚀后产生裂纹 A，经 SEM/EDAX 分析，裂纹中富含大量 Ti 元素和少量 O、Al、Mo元素，其中 Ti 元素含量为 89.29%，O、Al、Mo 元素含量为 2.52%、2.40%、2.74%。凭据尝试数据，激光能量为2.0 J 后，钛合金基体在烧蚀中心区域产生了部门氧化反映，固然表表危险严沉，但根基维持了钛合金的原始机能。

图 1（c）是烧蚀 5 000 次后边缘区域的表表描摹，从图中能够看出，烧蚀后的边缘区域就像水滴滴入水面形成的景象，表表有液滴状颗粒，有很多不规定的球形堆积袋由堆积形成，并且还有较大的烧蚀坑，如图 1（c）所示，A、B、C 别离为箭头，经 SEM/EDAX 分析，箭头 A 富含 Ti 元素 53.00%、C 元素 16.89%、N 元素16.70%和 O 元素为 7.58%；箭头 B 富含 Ti 元素75.05%、N 元素 6.99%、O 元素 8.93%；箭头 C 富含 Ti元素 69.20%、N 元素 7.58%、O 元素 5.09%和 Mo 元素7.06%，C 和 Al 元素含量也较高。从以上尝试数据能够看出，在激光烧蚀过程中，钛合金与激光器的接触面迅速溶解并溅射到周围，而后在脱离激光照射领域后迅速冷却，形成液滴状颗粒和堆积包。

图 2（a）所示是在激光能量为 3.0 J 的低倍数激光烧蚀下钛合金基体的整体表表描摹，显示了钛合金基体在低倍数激光烧蚀下的整体表表描摹。烧蚀后，出现了一个巨大的烧蚀坑，状态像一个凹坑，整个状态像波浪一样向周围扩散，堆积在消融坑的最边缘，中心区域比力平展，出现一些波浪状突起。

图 2（b）所示是高倍数下烧蚀坑中心区域表表描摹，整个中心区域相对平坦光滑，但其表表出现裂纹状裂纹，裂纹散布在整个中心区域如图 2（b）箭头 A 所示。中心区部门区域出现波浪状突起，如图 2（b）中的箭头 B 所示。SEM/EDAX 分析显示，箭头 A 处 Al 富集量别离为 71.31%、7.09%、5.19%和 10.04%，箭头 A 处N 富集量别离为 75.29%、5.15%、5.24%和 9.90%。

如图 2（c）所示，高倍电子显微镜下烧蚀坑边缘区域的表表描摹显示，烧蚀边缘区域形成了丘陵状堆积物。如图 2（c）箭头 A 所示，这些沉积物散布面积大而厚，沉积物接壤处出现很多孔洞，如图 2（c）中箭头 B所示，使沉积物衔接疏松，易脱落。SEM/EDAX 分析批注，箭头 A 富含 63.02%的 Ti、13.94%的 O、13.04%的 N和 5.16%的 Al，而箭头 B 的 Ti 含量为 98.22%，而 O 和N 的含量极度幼。

2.2 Cr 涂层试样激光烧蚀表表描摹

图 3（a）所示是在激光能量为 2.0 J 的激光烧蚀下，Cr 涂层在低倍数下的整体表表描摹。与在一样能量下钛合金基体的烧蚀相比，在激光能量为2.0 J 的激光烧蚀下，Cr 涂层的整体表表描摹，烧蚀坑深度较浅，整体状态犹如水滴在风的作用下向周围区域扩大，烧蚀坑中部光滑，边缘部门呈波浪形。

图 3（b）显示了烧蚀后中心区域高倍数处 Cr 涂层的表表描摹，从中能够看出中心区域的整体表表光滑平坦，但整个区域布满了裂纹和很多孔洞。使用箭头A 和 B 别离暗示裂缝和孔洞，使用箭头 C 暗示平展和光滑的表表。凭据 SEM/EDAX 分析，箭头 A 中 Cr 元素富集度为 98.54%，O 和 N 元素仅为 0.74%和 0.71%。

箭头 B 中 Cr 元素富集量为 98.96%，O 元素和 N 元素富集量为 0.49%和 0.55%。箭头 C 中 Cr 元素富集量为88.09%，O 元素和 N 元素富集度仅为 5.64%和 6.27%。

凭据尝试数据，中心区域的表表 Cr 涂层在烧蚀过程中由于高温而迅速溶解，使溶解的涂层扩散到周围区域，形成光滑平展的表表。由于涂层处于高温环境中，激光光斑间隙的温度急剧降落，淬火作用导致涂层表表出现裂纹和孔洞。

如图 3（c）所示，在高倍电子显微镜下对 Cr 涂层进行烧蚀后边缘区域的表表描摹批注，烧蚀边缘区域在侵蚀后仍为滩，堆积形成的区域显著，并且形成了很多孔洞。这些孔洞的体积与中心区域相比显著增长，整个表表开裂，孔洞和沉积物别离用箭头 A 和 B 暗示。

SEM/EDAX 分析显示，箭头 A 中 Cr 的丰度为 96.48%，O 的丰度为 1.78%和 1.74%，箭头 B 的 N 含量别离为82.13%、7.66%和 10.21%。

如图 4（a）所示，在激光能量为 3.0 J 的前提下，Cr涂层在低倍数下的整体表表描摹批注，在 3.0 J 激光能量的前提下，Cr 涂层表表的烧蚀不如钛合金基体的表表烧蚀严沉，并且形成的烧蚀坑不如基体表表深，烧蚀坑边缘形成的堆积不如前者多。整个消融坑中心区域仍光滑平坦，边缘区域略呈波浪状。

图 4（b）为 10 000 次烧蚀坑中心区域的表表描摹，从图中能够看出，整个中心区域比力平展，没有沉积物。如图 4（b） 中的箭头 A 和 B 所示，箭头 A 处富集了92.64%的 Cr、3.41%的 O 和 3.9%的 N。箭头 B 处富集了99.01%的 Cr 和 0.99%的 O。箭头 C 处富集了 90.04%的Cr、5.18%的 O 和 4.78%的 N。

图 4（c）是在 10 000 倍电子显微镜下烧蚀坑边缘区域的表表描摹，能够看出边缘区域比中心区域略隆起，边缘区域的裂纹和黑洞在一样倍率的电子显微镜下比中心区域的裂纹和黑洞更密集，裂纹和孔洞标点分析别离如图 4（c）中的箭头 A 和 B 所示。凭据分歧 EDAX 工况的分析，A 区域富含 Cr 元素 98.22%、O 元素 1.40%、N元素 0.38%；B 区域富含 Cr 元素 95.01%、O 元素 2.56%、N 元素 2.44%；C 区域富含 Cr 元素 91.17%、O 元素4.47%、N 元素 4.37%。

3、 会商

钛合金基体和 Cr 涂层的激光烧蚀形成烧蚀坑的原因通常是由于高能激光的能量作用，导致资料溶解、氧化、蒸发等部门化学反映；鹕娇谥行那虻牧盐瓶赡苁怯捎诓棵盼露裙，导致资料的应力超过其粉碎强度，从而产生裂纹，或者由于烧蚀过程中产生的残存应力，导致裂纹的形成。Cr 镀层烧蚀坑中心的黑洞是固体，由于在电弧离子镀层过程中，Cr 镀层中会保留一些气体，而激光烧蚀过程中温度过高，导致 Cr 镀层表表溶解出现，残留在 Cr 镀层中的气体溢出，形成了如此多的黑洞。烧蚀坑边缘氧化物堆积的形成可能是

由于钛合金表表在烧蚀过程中与周围氧气产生化学反映，在高温下溶解，在激光束的冲击下扩散到周围区域，在烧蚀坑边缘区域冷却凝固形成堆积。这可能是由于该区域的温度和氧气浓度较高，促使产生更多的氧化反映。

在激光烧蚀过程中，氧化反映重要产生在钛合金和 Cr 涂层在激光束冲击下的烧蚀处。合金的氧化寂仔热力学原因，也有动力学原因。热力学分析批注，Ti 与O 有很强的亲和力，而 Ti 是钛合金的重要成分，因而在高温下，Ti 容易与 O 选择性氧化天生 Ti 氧化物。同时，由于金属元素的氧化，更容易出现应力较集中的边缘和角落等活性缺点。电弧离子镀形成的 Cr 涂层只含有一种元素 Cr，因而 Cr 涂层的氧化过程受热力学成分的影响，涂层中的 Cr 和 O 元素会利用热力学最幼值道理自觉氧化在涂层表表形成 Cr 2 O 3 Ｄ芄豢闯，Cr 涂层在激光烧蚀过程中对钛合金基体拥有；ぷ饔。

4 、结论

通过钛合金基体和 Cr 涂层在分歧激光能量下的烧蚀尝试，得出以下结论。

1）激光烧蚀后，钛合金基体和 Cr 涂层表表形成大的烧蚀坑，烧蚀坑中心区域出现大量裂纹，Cr 涂层烧蚀坑中心区域出现很多孔洞。

2）激光烧蚀后，钛合金基体与 Cr 涂层溶解，激光束撞击时边缘区域的堆积物扩散到周围，钛合金基体的堆积重要富含 O 和 Ti，Cr 涂层重要富含 O 和 Cr，批注堆积重要是溶解迪胙合金基体和 Cr 涂层氧化产生的氧化物。

3）由于烧蚀过程中烧蚀坑中心区域温度较高，在激光束撞击过程中，试样表表温度急剧降落，试样产生较大的温差。

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