供稿人：何垚垚 張航 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2021-04-11
功能梯度材料（Functionally graded materials，F(xiàn)GMs）是指經(jīng)過設(shè)計(jì)，其組成成分或微觀結(jié)構(gòu)在一個(gè)特定方向上變化的材料。然而，改變整個(gè)樣品的特性會(huì)大大增加制造時(shí)間，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。因此，可通過快速的表面處理來提高生產(chǎn)率，激光表面改性（Laser surface modification，LSM）就是一種獨(dú)特的表面處理方法。
2020年，愛爾蘭國立大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院Geng通過大功率和高速激光LSM技術(shù)制備了三區(qū)域Ti6Al4V功能梯度材料，圖1為三區(qū)域功能分級(jí)的微觀結(jié)構(gòu)形成的示意圖。
圖1 三區(qū)域功能分級(jí)的微觀結(jié)構(gòu)形成的示意圖。
原始樣品的微結(jié)構(gòu)由拉長的等軸α相和β相的晶界組成。通過激光處理后，在掃描電子顯微鏡下觀察到了馬氏體區(qū)下方的過渡組織區(qū)，具有較大的等軸晶粒和一些馬氏體α相生長，如圖2所示，樣品的內(nèi)部包含原始的微觀結(jié)構(gòu)。
圖2 激光處理過的樣品表面SEM圖。
該研究為LSM對(duì)Ti6Al4V的硬化機(jī)理提供了可能的解釋。原始的等軸微結(jié)構(gòu)沿最大面內(nèi)剪切應(yīng)力（45度）方向產(chǎn)生高應(yīng)變，LSM處理后的表面區(qū)域阻止了連續(xù)滑帶的傳播，且過渡區(qū)限制了應(yīng)力集中。