分析：激光抛光对TiAl增材制造件

供稿人：赵懿臻 张航 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

激光沉积制造（LDM）是一种自由形式的金属沉积工艺，该技术有着许多优点，也有一些问题，其中最关键的问题之一是生产的工件表面质量很差，需要进行后加工。传统的加工方法，如铣削和磨削，已被用来改善LDM部件的表面质量。然而，这些方法都存在一些缺点，如刀具磨损和狭窄区域难以加工等等。 中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究者们采用连续激光和脉冲激光对LDM生产的TiAl合金试样进行表面抛光，研究了两种抛光工艺在表面形貌、显微组织、耐蚀性、显微硬度和耐磨性等方面的差异。 激光参数如下表所示：

图1、2分别为连续激光和脉冲激光抛光TiAl的表面粗糙度图。

图1 连续激光抛光TiAl的表面粗糙度图

图2 脉冲激光抛光TiAl的表面粗糙度图

经过抛光，TiAl制件表面的粗糙度显著降低，连续激光抛光能够将原始16.06μm的粗糙度降到1.76μm。从图2可以看出，脉冲激光抛光也能够降低表面粗糙度，但是由于脉冲激光的能量密度较低，形成的熔池也较浅，试样表面的冷却速度比内部快，导致表面出现裂纹。

图3 TiAl合金抛光前后的显微硬度分布图

从图中可以看到，连续激光抛光后硬度有了明显提高，硬度从初始364.3HV提升到了388.6HV，提升了8%左右。这是由于连续激光抛光后，抛光表面形成了α2-Ti3Al，α2-Ti3Al为密排六方结构，而γTiAl为面心立方结构，所以硬度提升了。而脉冲激光抛光后试样表面存在裂纹，且再熔层深度较小，所以式样的显微硬度没有增加特别明显。 除了硬度外，文章中还对抛光后的耐磨性和耐蚀性进行了测试，发现连续激光抛光后这些性能都有了较大的提高，而脉冲激光由于裂纹的存在，性能反而下降。本文对LDM成型的TiAl制件进行了连续激光抛光和脉冲激光抛光的对比研究和测试，为增材制造件的激光抛光方式选择提供了参考。

参考文献：
[1]XU Z, OUYANG W, LIU Y, et al. Effects of laser polishing on surface morphology and mechanical properties of additive manufactured TiAl components [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2021, 65: 51-9.