准分子激光辐照对激光选区熔化成形Ti6Al4V合金表面浸润性的影响

作者：徐仰立; 李婷婷; 曹玄扬; 谭援强

来源：表面技术, 2020, 49(09): 191-197.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.021

• 准分子激光辐照
• Ti6Al4V
• 浸润性
• 粗糙度
• Cassie-Baxter模型

目的提高激光选区熔化成形(Selective Laser Melting, SLM)Ti6Al4V合金的表面亲水性。方法通过调控248nm KrF准分子激光功率密度和脉冲数,对SLM成形Ti6Al4V合金进行表面改性。利用扫描电子显微镜和激光扫描共聚焦显微镜对激光辐照前后的表面形貌和粗糙度进行表征,利用EDS能谱分析仪和X射线衍射仪对激光辐照后试样的表面成分进行分析,利用接触角测量仪来表征试样表面的浸润性。结果在50个激光脉冲数下,通过控制准分子激光功率密度为0～531m J/cm2,使SLM成形Ti6Al4V表面接触角由(116±4)°减小至(7.5±0.4)°。通过表面形貌观察,激光辐照后的Ti6Al4V表面变得更加平滑,表面粗化现象得到改善。激光辐照后的Ti6Al4V表面粗糙度由(40.3±3.7)μm减小至(8.3±1.7)μm,试样表面与氧气发生反应,导致氧元素质量分数增加至33.54%,且有TiO产生。通过Cassie-Baxter模型和试样三维表面形貌分析,激光辐照后的Ti6Al4V表面更加光滑,使固-液-气复合界面上固体所占的百分比增加,导致试样变得更加亲水。通过时效性测试,发现试样的表面接触角在48 h内具有稳定性。结论通过改变准分子激光的功率密度,可以快速高效地降低SLM成形Ti6Al4V合金的表面粗糙度,改善并调控Ti6Al4V的表面亲水性。

• 单位
  厦门软件职业技术学院; 长沙新材料产业研究院有限公司; 华侨大学