鈦合金由鈦與其他元素（如鋁、釩、鎳）組成，憑借其高強(qiáng)度、低密度、出色的耐腐蝕性和生物相容性 備受重視。相較于其他鈦合金，Ti6Al4V鈦合金具有獨(dú)特的成分配比（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)：鋁6%、釩4%，余量 為鈦），展現(xiàn)出優(yōu)異的耐高溫和抗疲勞性能，是航空航天和生物醫(yī)療等領(lǐng)域核心零部件不可或缺的材料之一 [1-4]。然而，Ti6Al4V鈦合金的耐磨性較差，高滑動(dòng)摩擦因數(shù)增加了運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦阻力，尤其是在 高負(fù)荷或高摩擦應(yīng)用環(huán)境中，將引發(fā)更多能量消耗和熱量擴(kuò)散，從而縮短材料的使用壽命，影響系統(tǒng)穩(wěn)定與 安全[5-6]。采用化學(xué)熱處理[7]、氣相沉積[8]、冷熱噴涂[9]、表面氧化[10]等傳統(tǒng)表面改性技術(shù)在增強(qiáng) Ti6Al4V鈦合金耐磨性方面都有顯著效果，但往往涉及高溫、高壓或復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，增大了整個(gè)改性過(guò)程 的成本和技術(shù)難度。相比之下，激光表面改性技術(shù)作為一種非接觸式、高效處理方法，允許對(duì)處理深度和區(qū) 域進(jìn)行精確調(diào)控，以其高度精準(zhǔn)的控制能力和環(huán)境友好性從各種表面處理技術(shù)中脫穎而出，且在降低 Ti6Al4V鈦合金表面摩擦因數(shù)和磨損率方面的效果顯著[11-12]。

激光熔覆[13-14]和激光合金化[15]是改善鈦合金表面耐磨性能的常用手段，前者是將具有特定功能的 材料粉末經(jīng)高能激光束熔化，并快速凝固在金屬基體表面，以獲得致密耐磨層；后者是將一種或多種合金元 素與基材表面快速熔合，從而在金屬零件局部表面獲得優(yōu)異的合金性能。研究表明，采用脈沖Nd:YAG激光 器對(duì)Ti6Al4V鈦合金表面進(jìn)行熔覆處理，形成含Cr₂O₃、TiAl的復(fù)合涂層，可以將鈦合金的表面顯微硬度提 高3~4倍，將其干摩擦因數(shù)降至0.2~0.3之間[16]。田永生[17]在鈦合金表面進(jìn)行了碳、氮、硼合金化處理，使其表面硬度由原始的450HV增至1100~1300HV，其磨損抗力提升至基體的3~4倍。盡管采用2種處理方法均可賦予Ti6Al4V鈦合金優(yōu)異的耐磨性 能，但在處理過(guò)程中熔融金屬的不均勻熔化和凝固，合金化材料的粒度和分布不均，以及激光處理參數(shù)的不 適當(dāng)設(shè)置，均會(huì)導(dǎo)致較高的表面粗糙度，需要經(jīng)過(guò)二次處理才能適用于精密核心部件。激光拋光技術(shù)[18- 20]基于精準(zhǔn)激光照射誘導(dǎo)的熔化和表面張力作用，能夠在不損害基體的同時(shí)提升材料的表面質(zhì)量和性能。 新加坡南洋理工研究團(tuán)隊(duì)[21]利用光纖納秒激光技術(shù)對(duì)Ti6Al4V鈦合金的激光熱影響區(qū)進(jìn)行了深入分析，集 中評(píng)估了激光處理對(duì)材料表面微觀結(jié)構(gòu)和顯微硬度的影響，其成果表明，通過(guò)精準(zhǔn)的激光處理可實(shí)現(xiàn)材料硬 度的提升，同時(shí)將其表面粗糙度維持在1μm以下。此外，楊奇彪等[22]、賀國(guó)陽(yáng)等[23]對(duì)激光拋光 Ti6Al4V鈦合金的作用機(jī)理進(jìn)行了探索，著重研究了激光參數(shù)、激光類型和氣體氛圍對(duì)拋光精度和晶格結(jié)構(gòu) 的影響，并指出表面粗糙度和晶粒結(jié)構(gòu)的變化直接影響材料的摩擦磨損性能。然而，關(guān)于激光拋光后 Ti6Al4V鈦合金摩擦磨損性能的系統(tǒng)性研究卻鮮有報(bào)道。

為此，本研究通過(guò)連續(xù)激光拋光技術(shù)，采用高分辨率超景深顯微鏡、金相顯微鏡、白光干涉儀及摩擦磨 損實(shí)驗(yàn)等形性表征手段，深入研究離焦距離、激光功率、掃描速度等參數(shù)對(duì)其表面微觀結(jié)構(gòu)和摩擦磨損性能 的影響，旨在揭示激光拋光強(qiáng)化對(duì)鈦合金樣品表面粗糙度及磨損性能的調(diào)控機(jī)制和作用規(guī)律。此項(xiàng)研究為探 索Ti6Al4V鈦合金的表面耐磨性提供了新的途徑，對(duì)于它在航空航天及醫(yī)療器械等高性能應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步 開(kāi)發(fā)與應(yīng)用具有重要意義。

1、實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所用材料為西部超導(dǎo)有限公司定制Ti6Al4V鈦合金，成分見(jiàn)表1。

該材料由海綿鈦、鋁釩合金混合 ，經(jīng)油壓機(jī)壓制和真空環(huán)境自耗電弧熔煉，后經(jīng)鑄錠加工和熱處理精整工藝制備而成。為了保持實(shí)驗(yàn)的一致 性，將鈦合金板材線切割為10mm×10mm×10mm（長(zhǎng)度×寬度×厚度）的矩形塊，通過(guò)EcoMet30研磨 拋光機(jī)經(jīng)200#、400#、800#、1200#砂紙粗拋光，獲得表面粗糙度為3.5μm左右的樣品。為了去除表面 殘留的油污和雜質(zhì)，將樣塊放入丙酮中，經(jīng)超聲清洗機(jī)清洗15min后冷風(fēng)吹干，以備實(shí)驗(yàn)使用。如圖1 所示，實(shí)驗(yàn)中采用的激光拋光實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由連續(xù)激光器（SP-2000，SPILasers，UK）、掃描振鏡、氣體腔室 、移動(dòng)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等5個(gè)部分組成。由光源發(fā)射的連續(xù)激光（波長(zhǎng)λ=1064nm，最大功率 P=2000W，光束質(zhì)量因子M<0.44）經(jīng)過(guò)反射鏡引入掃描振鏡，最終輻照到氣體腔室內(nèi)移動(dòng)平臺(tái)上的 Ti6Al4V鈦合金樣品表面。將腔室充入氬氣，使氧的含量保持在0.1g/L以下，防止樣品在高溫情況下發(fā)生 氧化。在整個(gè)激光拋光過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以對(duì)離焦距離、激光功率、掃描速度、移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行 控制，以弓字形掃描路徑對(duì)Ti6Al4V鈦合金表面進(jìn)行高精度拋光強(qiáng)化。

為了評(píng)估不同工藝參數(shù)對(duì)Ti6Al4V鈦合金樣品表面微觀形貌和耐磨性的影響，使用白光干涉儀 （ContourGT-X，Bruker，Germany）和超景深顯微鏡（VHX-S650E，Japan），分別通過(guò)10倍、200倍物 鏡對(duì)拋光前后表面粗糙度、微觀形貌及磨損體積進(jìn)行表征，選用白光干涉儀中的NegativeVolume測(cè)試程 序可直接得出磨損體積的具體數(shù)值，使用金相顯微鏡（WYJ-55XA，China）在200、400、800倍鏡頭下對(duì)拋 光后樣件表面的微觀組織進(jìn)行觀測(cè)。采用Rtec摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)（MFT-5000,RtecInstruments,USA）在室 溫條件下進(jìn)行往復(fù)滑動(dòng)磨損實(shí)驗(yàn)。摩擦對(duì)偶材料為Si3N4陶瓷球（上海聯(lián)合科技有限公司），直徑為6.35 mm，顯微硬度約為1700HV。上下樣品分別由專用夾具固定，下樣品在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持靜止，上樣品在垂直 懸臂的驅(qū)動(dòng)下沿直線往復(fù)滑動(dòng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)機(jī)軟件可設(shè)定法向載荷、摩擦行程、頻率和實(shí)驗(yàn)溫度等參數(shù)。摩擦 實(shí)驗(yàn)在干滑動(dòng)條件下進(jìn)行，將環(huán)境溫度控制在25℃，加載力為10N，頻率為4Hz，行程為4mm，持續(xù)時(shí) 間為30min。在每種實(shí)驗(yàn)條件下均使用新的Si3N4球進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，在該過(guò)程中計(jì)算機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)記 錄摩擦因數(shù)。

為了清楚地展示激光拋光對(duì)Ti6Al4V鈦合金樣品表面特性的改善效果，本研究首先對(duì)經(jīng)粗磨和粗拋光 后的Ti6Al4V鈦合金樣塊表面進(jìn)行了微觀形貌和性能評(píng)估。如圖2a所示，超景深顯微鏡圖像顯示，粗拋 光表面存在分散微坑特征，微坑的直徑在200μm左右，特定區(qū)域微坑呈片狀結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng) 度可達(dá)600μm。三維形貌和5次隨機(jī)測(cè)試點(diǎn)位粗糙度數(shù)值柱狀圖分別如圖2b、c所示，可知粗拋光表面 不平整，其最大高度差可達(dá)37μm，其粗糙度分布在3.2~3.6μm之間。粗拋光表面摩擦因數(shù)測(cè)試曲線 及磨損三維圖像如圖2d所示，可知摩擦因數(shù)的時(shí)間依賴性表現(xiàn)出明顯的非線性特征，尤其是在滑動(dòng)初期， 摩擦因數(shù)迅速上升，隨著滑動(dòng)距離的增加逐漸趨于穩(wěn)定，最終穩(wěn)定值為0.62。

2、結(jié)果與討論

2.1離焦量對(duì)拋光面摩擦磨損性能的影響

將激光功率密度（LaserPowerDensity）定義為激光束單位面積上的功率，它主要取決于激光功率和 光斑直徑。激光功率密度對(duì)拋光區(qū)域材料的熔融速率及最后的拋光質(zhì)量有著非常直接的影響，是激光加工關(guān) 鍵參數(shù)之一。離焦量描述了激光焦點(diǎn)相對(duì)于目標(biāo)材料表面的位置，如圖3所示。

其中，零離焦代表焦點(diǎn)精 準(zhǔn)落在表面，負(fù)值表示焦點(diǎn)高于表面，而正值指焦點(diǎn)位于表面以下。正離焦量絕對(duì)值的增大會(huì)導(dǎo)致樣品表面 光斑直徑的增大，其關(guān)系見(jiàn)式（1）。

式中：D為光斑直徑；D0為腰斑直徑；z為離焦量；zR為瑞利長(zhǎng)度，zR=πD0/4?；λ為激光波長(zhǎng) [24]。

在考慮高功率負(fù)離焦條件下，光束路徑中焦點(diǎn)位置處發(fā)生空氣電離，將打破光斑預(yù)期能量均勻分布，影 響材料表面能量沉積和加工效果。本實(shí)驗(yàn)僅采用不同正離焦，探究它對(duì)拋光面摩擦磨損性能的影響。

在不同正離焦距離下，Ti6Al4V鈦合金經(jīng)激光拋光強(qiáng)化后的微觀形貌及其摩擦磨損性能的變化如圖4所 示。此時(shí)，連續(xù)激光功率P=25W，激光移動(dòng)速度v=1000mm/s，弓字形間隔d=0.04mm，正離焦距離z分 別為0、2、4、6mm。如圖4a、b所示，在離焦距離為0mm時(shí)，樣品表面明顯展現(xiàn)出掃描軌跡和由激光 與材料相互作用形成的微納結(jié)構(gòu)復(fù)合表面。隨著離焦距離的增加，不同樣品表面的掃描軌跡逐漸減少。在 z=6mm時(shí)，表面主要被微納結(jié)構(gòu)覆蓋。圖4c的數(shù)據(jù)顯示，相應(yīng)的表面粗糙度分別為0.78、0.51、0.63、 0.70μm，表明在z=2mm的離焦距離下，樣品表面粗糙度最低，相較于原始表面，其表面粗糙度降低了約 84%。摩擦因數(shù)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)如圖4d所示，對(duì)應(yīng)的Ti6Al4V鈦合金的平均摩擦因數(shù)分別為0.5144、 0.4948、0.5017、0.5074，相較于原始表面的摩擦因數(shù)降低了約16%。進(jìn)一步的磨損體積測(cè)試結(jié)果同樣 呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，如圖4e、f所示。

離焦實(shí)驗(yàn)表明，在z=2mm時(shí)，激光拋光面粗糙度和摩擦因數(shù)最小，且表面磨損體積最低。在考慮激光 拋光強(qiáng)化過(guò)程中，毛細(xì)管力和熱毛細(xì)管力[25]分別對(duì)熔池表面的平滑化及熔體流動(dòng)產(chǎn)生了重要影響。在較低 的離焦距離下，高功率密度的激光促使材料向熔池兩側(cè)流動(dòng)，形成了局部凸起，這種凸起使得拋光表面的微 觀結(jié)構(gòu)變得松散且不均勻，從而降低了表面硬度、耐磨性。相反，在適度的離焦距離下，激光功率密度更為 均勻，減少了凸起的形成，因而提升了拋光和磨損性能。進(jìn)一步增大離焦距離時(shí)，激光功率密度不斷減小， 重疊區(qū)域的表面材料吸收的激光能量不足以實(shí)現(xiàn)充分熔化[26]，熔池形成不完全，這可能會(huì)在材料表面形成 不規(guī)則結(jié)構(gòu)或未充分融化的顆粒和毛刺，從而使表面粗糙度增大及摩擦磨損性能變差。

在不同離焦距離下，Ti6Al4V鈦合金經(jīng)激光拋光強(qiáng)化后的微觀組織如圖5所示。Ti6Al4V鈦合金樣件 表面在吸收了激光輻照的能量后，均發(fā)生了不同程度的馬氏體相變，在拋光區(qū)產(chǎn)生了細(xì)針狀的α′馬氏體 ，相應(yīng)的拋光區(qū)厚度分別約為55、53、49、47μm。在離焦距離為0mm時(shí)，表層材料在高功率密度的激 光作用下吸收了大量熱量，樣品表層拋光區(qū)組織轉(zhuǎn)變最明顯，馬氏體結(jié)構(gòu)松散且不均勻，拋光區(qū)域出現(xiàn)了較 為劇烈的晶粒細(xì)化效應(yīng)。當(dāng)離焦距離增至2mm時(shí)，激光功率密度更為均勻，此時(shí)的拋光區(qū)域保留了適度的 晶粒細(xì)化效應(yīng)，且馬氏體結(jié)構(gòu)變得均勻、致密，因而在宏觀上提升了拋光和磨損性能。進(jìn)一步增大離焦距離 ，激光功率密度不斷減小，表層材料吸收的激光能量不足，拋光區(qū)厚度逐漸減小，馬氏體相變和晶粒細(xì)化也 隨之減弱。值得注意的是，在不同激光作用條件下，表面熔池深度和拋光區(qū)域厚度未發(fā)生顯著改變，即摩擦 球進(jìn)行摩擦?xí)r面臨的拋光區(qū)改性層的微觀組織無(wú)明顯差別，這也是不同參數(shù)下拋光面摩擦因數(shù)未發(fā)生較大變 化的原因。

2.2激光功率對(duì)拋光面摩擦磨損性能的影響

在不同激光功率條件下，Ti6Al4V鈦合金經(jīng)激光拋光強(qiáng)化后的微觀形貌及其摩擦磨損性能的變化如圖6 所示。實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：離焦距離z=2mm，掃描速度v=900mm/s，掃描間距d=0.035mm，激光功率P分別 為20、30、40、50W。如圖6a、b所示，激光加工樣品表面呈掃描軌跡和由激光與材料相互作用形成的 微納結(jié)構(gòu)復(fù)合形貌，僅在功率P=30W時(shí)，復(fù)合結(jié)構(gòu)形貌表面毛刺明顯減少。如圖6c所示，相應(yīng)的表面粗 糙度分別為0.67、0.47、0.56、0.61。從圖6d、e可知，平均摩擦因數(shù)為0.523、0.492、0.515、0.517 ，磨損體積為0.178、0.140、0.160、0.165mm3。

顯然，經(jīng)過(guò)激光參數(shù)優(yōu)化，相較于離焦距離實(shí)驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)不同功率處理后Ti6Al4V鈦合金表面粗糙度 均呈小幅下降，然而平均摩擦因數(shù)與磨損率未顯著降低。實(shí)驗(yàn)中，激光功率決定了激光與材料相互作用時(shí)的 能量輸入，影響熔化、凝固過(guò)程及最終形成的微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌，對(duì)材料表面粗糙度具有顯著影響。在低 激光功率下，激光能量密度較低，能量輸入不足以徹底熔化材料表面，可能導(dǎo)致表面處理不均勻，且無(wú)法有 效去除表面缺陷，表面產(chǎn)生了大量毛刺，如圖6a所示。隨著激光功率的增加，較大毛刺消失，激光熔痕表 面趨近光滑，進(jìn)一步提高激光功率會(huì)導(dǎo)致較大范圍的材料熔化。此時(shí)激光能量密度超出了表面熔融的適度區(qū) 間，熔池內(nèi)部溫差增加，熔池運(yùn)動(dòng)劇烈，經(jīng)冷凝后材料表面粗糙度提升。

在不同激光功率下，Ti6Al4V鈦合金經(jīng)激光拋光強(qiáng)化后的微觀組織如圖7所示，相應(yīng)的拋光區(qū)厚度分 別約為46、48、51、54μm。在低激光功率下，激光能量密度較低，熱輸入不足以使表面組織結(jié)構(gòu)不均勻 ，拋光區(qū)厚度較小，且晶粒細(xì)化不完全。隨著激光功率的增加，激光能量密度逐漸增大，熔痕表面趨近光滑 ，微觀結(jié)構(gòu)變得均勻，致密度提升，且產(chǎn)生了適度的晶粒細(xì)化效應(yīng)。進(jìn)一步提升激光功率后，激光能量密度 超出了表面熔融的適度區(qū)間，拋光區(qū)厚度逐漸增大，組織轉(zhuǎn)變和晶粒細(xì)化效應(yīng)也趨于劇烈，在宏觀上，材料 的表面粗糙度增大，磨損性能減弱。

2.3掃描速度對(duì)拋光面摩擦磨損性能的影響

為了進(jìn)一步探究掃描速度對(duì)激光拋光強(qiáng)化效果的影響，保持離焦距離z=2mm、激光功率P=30W、掃描 間距d=0.035mm，將掃描速度分別設(shè)置為800、1000、1200、1400mm/s進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其顯微結(jié)構(gòu)形貌和 摩擦磨損性能測(cè)試結(jié)果如圖8所示。由圖8a、b可知，隨著激光掃描速度的提升，單位面積樣品與激光相 互作用時(shí)間縮短，激光與樣品相互作用強(qiáng)度減弱，樣品表面由熔痕微納復(fù)合結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢⒓{米結(jié)構(gòu) 。如圖8c所示，通過(guò)白光干涉測(cè)得表面粗糙度分別為0.524、0.412、0.585、0.625，較上述實(shí)驗(yàn)拋光強(qiáng) 化效果進(jìn)一步提升，其最優(yōu)速度為1000mm/s。此外，測(cè)得平均摩擦因數(shù)分別為0.498、0.494、0.513、 0.532，磨損體積分別為0.151、0.140、0.167、0.175mm3，如圖8d、e所示，所有摩擦磨損結(jié)果 與功率、離焦實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

2.4結(jié)果分析與討論

為了明晰激光拋光強(qiáng)化對(duì)表面粗糙度和摩擦磨損性能的影響，進(jìn)一步探究了激光與Ti6Al4V鈦合金相 互作用機(jī)制。如圖9所示，激光輻照導(dǎo)致材料表面迅速吸收能量，溫度激增至熔點(diǎn)以上，形成局部熔池。

Ti6Al4V鈦合金的表面張力溫度系數(shù)為負(fù)，意味著在溫度較高區(qū)域其表面張力較低，導(dǎo)致熔融金屬?gòu)母? 溫區(qū)域向較冷區(qū)域流動(dòng)，熱毛細(xì)效應(yīng)[27]引導(dǎo)熔融金屬?gòu)耐蛊鹣虬枷菀苿?dòng)，有效填充低洼處，經(jīng)凝固形成平 滑重熔層后，實(shí)現(xiàn)了樣品表面粗糙度的降低。實(shí)驗(yàn)中采用高斯光束，激光光斑能量密度中間高、邊緣低，隨 著離焦距離的增加，光斑面積逐漸增大，激光功率密度逐漸降低，光斑中心與邊緣的能量差即材料融化后的 溫度梯度大幅降低。當(dāng)達(dá)到適當(dāng)?shù)碾x焦距離（z=2mm）時(shí)，溫差小，熔池穩(wěn)定，表面拋光效果最佳。

當(dāng)離焦量較小時(shí)，激光功率密度較高，熔池溫度較高，熔池與邊緣溫差較大，熔融液體由中心向兩側(cè)劇 烈移動(dòng)，從而形成了大熔痕，粗糙度較高。當(dāng)離焦距離較大時(shí)，激光功率密度降低，材料熔化不充分，表面 拋光效果不佳。同理，當(dāng)固定離焦距離、調(diào)控激光功率時(shí)，光斑不改變，激光功率密度會(huì)隨著功率的提升而 增加。在功率為30W時(shí)，激光熔池穩(wěn)定，拋光效果好。此外，激光掃描速度決定單位面積、單位時(shí)間接收 的激光能量，即激光掃描速度的調(diào)節(jié)實(shí)際上是通過(guò)時(shí)間維度去調(diào)控樣品表面能量密度分布，以獲得最優(yōu)、穩(wěn) 定的熔池。通過(guò)激光拋光強(qiáng)化Ti6Al4V鈦合金，獲得最優(yōu)表面粗糙度為0.412μm，相較于原始表面降低了 87%。

為了進(jìn)一步探索激光拋光技術(shù)對(duì)Ti6Al4V鈦合金合金材料表面摩擦磨損性能的影響，本研究采用金相 顯微鏡深入分析了最優(yōu)激光拋光條件下處理的樣品，重點(diǎn)觀察了從拋光表面到基體的截面微觀組織結(jié)構(gòu)變化 情況。如圖10所示，表明激光拋光區(qū)域、熱影響區(qū)與原始基體的微觀組織之間明顯存在差異。在原始 Ti6Al4V鈦合金基體中，結(jié)構(gòu)主要由大尺寸的α相、β相晶粒構(gòu)成[28]，經(jīng)過(guò)激光拋光后，在拋光區(qū)域觀 察到最高達(dá)51μm范圍內(nèi)的晶粒細(xì)化，進(jìn)一步過(guò)渡到熱影響區(qū)，顯示了晶粒尺寸的漸變過(guò)渡。與原始 Ti6Al4V鈦合金晶格結(jié)構(gòu)相比，通過(guò)激光拋光獲得的細(xì)化晶粒結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更高的硬度，這是導(dǎo)致材料表面摩 擦因數(shù)降低16%的關(guān)鍵。對(duì)比激光功率、離焦量、掃描速度等參數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管材料表面粗糙度進(jìn) 一步降低，但是材料摩擦磨損性能僅在一定微小范圍內(nèi)波動(dòng)，原因可能是激光參數(shù)精準(zhǔn)控制能夠有效調(diào)控表 面熔池運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)激光拋光表面粗糙度的降低，但是表面熔池深度與熱影響區(qū)域厚度未發(fā)生顯著改變， 即摩擦球進(jìn)行摩擦?xí)r，其面臨的拋光區(qū)改性層材料硬度基本一致，因此不同激光參數(shù)未對(duì)摩擦因數(shù)和磨損性 能產(chǎn)生顯著影響，更深層次的原因有待進(jìn)一步分析。

3、結(jié)論

系統(tǒng)探討了激光拋光對(duì)Ti6Al4V鈦合金表面磨損性能的影響，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了激光參數(shù)對(duì)材料表面粗糙度 和摩擦磨損性能的顯著改善作用，得出以下結(jié)論。

1）影響Ti6Al4V鈦合金樣品表面拋光質(zhì)量的因素包括激光功率、掃描速度和離焦量。其中，離焦量和 激光功率與激光功率密度息息相關(guān)，而掃描速度主要改變輻照于表層光束的能量密度。研究發(fā)現(xiàn)，激光功率 密度是決定激光拋光強(qiáng)化的主要原因。

2）連續(xù)激光與Ti6Al4V鈦合金相互作用的機(jī)制可概述為：激光輻照導(dǎo)致材料表面迅速吸收能量，溫度 激增至熔點(diǎn)以上，形成局部熔池。Ti6Al4V鈦合金的表面張力溫度系數(shù)為負(fù)，意味著在溫度較高區(qū)域其表面 張力較低，導(dǎo)致熔融金屬?gòu)母邷貐^(qū)域向較冷區(qū)域流動(dòng)，熱毛細(xì)效應(yīng)引導(dǎo)熔融金屬?gòu)耐蛊鹣虬枷菀苿?dòng)，有效填 充低洼處，經(jīng)凝固形成平滑重熔層后，實(shí)現(xiàn)了樣品表面粗糙度的降低。

3）在最優(yōu)激光拋光條件（z=2mm，P=30W，v=1000mm/s）下，表面粗糙度顯著降至0.412μm，降 幅約為87%，摩擦因數(shù)降低了16%。

4）通過(guò)激光拋光的晶粒細(xì)化和表面平整化作用，顯著提升了Ti6Al4V鈦合金的表面耐磨性和抗摩擦性 能。該研究對(duì)航空航天、生物醫(yī)療等領(lǐng)域中Ti6Al4V鈦合金的應(yīng)用性能優(yōu)化具有重要意義。

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