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高性能航空金属材料激光快速成形研究进展

  经4年努力后,于2005年在国内首次成功实现激光快速成形钛合金复杂结构件在飞机上的装机应用,使我国成为世界上继美国之后第二个完全掌握并成功实现激光快速成形钛合金复杂结构件在飞机等高技术装备中工程化应用的国家。

  2、钛合金激光表面改性技术

  钛合金存在着摩擦系数高且不稳定、室温耐磨性低、高温耐磨性低、易粘着、抗微动磨损性能低、高温抗氧化性能低等固有缺点,严重限制了钛合金在航空发动机等先进国防装备中作为高温摩擦磨损运动副零部件的应用和钛合金优异力学性能潜力的发挥。由于摩擦、粘着、磨损、氧化等失效行为均起源于钛合金零件表面,因此,采用先进的表面改性技术,直接在钛合金零件表面上制备一层具有低摩擦系数、优异粘着磨损及磨料磨损性能、优异抗氧化性能、涂层同钛合金零件基材之间为牢固冶金结合、涂层性能及涂层厚度根据需要可灵活控制的特殊材料表面改性层,无疑是在保持钛合金固有性能优点的条件下,有效解决钛合金摩擦系数高、摩擦系数不稳定、室温耐磨性及高温耐磨性低、高温抗氧化性能低等固有性能缺点最有效的方法之一。

  针对航空发动机等国防装备关键钛合金零部件的工作条件,北京航空航天大学“激光材料加工制造技术实验室”,近年来一直从事钛合金激光表面合金化及激光熔覆技术表面改性技术的研究及应用,成功研究出同时具有低摩擦系数、优异耐磨性能、优异抗氧化性能及优异阻燃性能、同钛合金基体之间完全冶金结合的Ti5Si3/Ti、Ti5Si3-TiC/Ti、Ti5Si3/NiTi2、Ti5Si3/Ti2Ni3Si、Ti2Ni3Si、Cr3Ni5Si2/Cr13Ni5Si2等金属硅化物增强金属间化合物多功能高温耐磨耐蚀涂层新材料,使钛合金耐磨性大幅提高100~790倍之多,为钛合金在国防装备中作为摩擦磨损关键机械运动副零部件奠定了涂层材料与表面工程技术基础。

  3、激光熔覆过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层技术

  航空、航天、兵器、船舶等先进国防装备中,大量关键高温运动副零部件,在高温氧化、腐蚀、热腐蚀等恶劣环境条件下承受强烈摩擦磨损作用,急需同时具有优异高温耐磨性能、优异高温抗氧化与抗热腐蚀性能、低摩擦系数、优良高温自润滑性能、优异高温摩擦学相容性及优异高温长期组织稳定性等性能配合的高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及其优质涂层(组织完全致密、涂层与基材间完全冶金结合)制备新技术。

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