能量輸入對TC4鈦合金納秒脈沖激光清洗質量的影響

楊 爍, 宋文清, 雷正龍, 馮俊華, 李 凱, 彭 睿

(1.中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司，遼寧 沈陽 110043)(2.哈爾濱工業大學 先進焊接與連接國家重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150001)(3.中車長春客車軌道股份有限公司, 吉林 長春 130062)

鈦及鈦合金是現代工業中不可缺少的結構材料和功能材料，廣泛應用于航空航天、海洋船舶、化工、汽車、電力、醫療等領域[1-4]。鈦及鈦合金在加熱成形或機械加工過程中，因長時間與高溫空氣接觸，表面不斷吸附氧而形成氧化層[5]。由于氧化層的存在，鈦合金的彈性模量、抗疲勞強度、承載能力會大大降低[6]，在使用過程中易產生裂紋而使整個構件失效[7]。此外，氧化層也會對鈦及鈦合金的焊接性產生不利影響。因此，鈦及鈦合金材料在加工使用前需要對其表面的氧化層進行清洗，以提高使用壽命或者給后續材料的加工提供有利條件。清洗氧化層的傳統方法有化學法(酸、堿洗法)[8]和機械法(水噴砂法等)[9]。雖然這2種方法能夠達到一定的清洗效果，但是化學法存在清洗周期長、環境污染嚴重等缺點，機械法易對基材造成損傷，二者均存在很多局限性。

激光清洗技術作為一種綠色環保的表面處理新技術，具有精度高、清洗效果佳、應用范圍廣、易于自動化控制等優勢，在航空航天、汽車、船舶、微電子及文物保護等領域應用前景廣闊，被譽為是“21世紀最具發展潛力的綠色清洗技術”[10]。Wang等[11]研究了激光清洗功率對TC4鈦合金樣品表面形貌、涂層附著力、耐磨性和硬度的影響，當激光能量密度為4 J/cm2時可以將污染物和氧化層去除，且涂層附著力、耐磨性和硬度均有所提高。……