Laserowe utwardzanie powierzchni tytanu z wykorzystaniem syntezy TiC.

• Autorzy: Zimnicki J. , Wendler B. , Pawlak R.

Warianty tytułu

EN

Synthesis of TiC paths on the surface of bulk Ti with use of laser beam.

• Konferencja: II Ogólnopolska Konferencja Naukowa "Nowe technologie w inżynierii powierzchni", Łódź - Spała, 12-14 października 2000
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono metodę utwardzania powierzchni tytanu wytwarzając węglik TiC w warstwie wierzchniej metalu. Węglik wytworzono stapiając warstwę wierzchnią tytanu wiązką laserową w obecności wcześniej osadzonej warstwy koloidalnego grafitu. Badania dotyczyły morfologii powierzchni, składu chemicznego i fazowego powstałych przetopów oraz ich mikrostruktury i mikrotwardości. Morfologia powierzchni po obróbce laserowej była różna w zależności od użytej gęstości mocy wiązki oraz stopnia nakładania się sąsiednich przetopów. Częściowo zachodzące na siebie lokalne przetopy tworzyły ścieżki, w których stwierdzono metodą rentgenograficzną obecność krystalitów faz alfa-Ti oraz delta-TiC. Twardą fazę węglikową o wyraźnej strukturze dendrytycznej obserwowano w całym przetopie. Kierunki dendrytów w pobliżu powierzchni są do niej prostopadłe, co wynika z nierównowagowej, szybkiej krystalizacji fazy delta-TiC w warunkach występującego jednokierunkowego gradientu temperatury. Ilość fazy węglikowej zależała od gęstości mocy promieniowania oraz stopnia nakładania sąsiednich ścieżek i lokalnych przetopów. Na zgładach poprzecznych oprócz tytanu i węgla stwierdzono również obecność tlenu. Mikrotwardości zmierzone na przekrojach poprzecznych zawierały się w granicach 150 HV0.01-1000 HV0.01. Rozkłady mikrotwardości charakteryzują się dużą niejednorodnością, która wynika z intensywnego mieszania i szybkiego stygnięcia cieczy.

EN

A method of titanium surface hardening is presented in the paper in which a hard carbide delta-TiC phase is being created in the vicinity of the titanium surface. The creation of the carbide phase is due to laser melting of the titanium surface previously coated with a thin layer of a colloidal graphite. The experimental conditions as well as the parameters of the pulse laser beam are given. The morphology of the laser treated titanium surface, chemical and phase composition of the melted zone beneath the titanium surface as well as the microstructure and microhardness of the zone have been analysed. The titanium surface after laser treatment has been observed with use of optical microscopy. Surface morphology was changing with power density of the laser beam and with superposition of the adjacent melted zones. The zones were forming long path in which two phases alpha-Ti and delta-TiC have been disclosed by means of X-ray diffractometry. The chemical composition of the melted zones has been performed on the cross sections by means of the electron probe microanalysis. The zones were composed mostly of titanium and carbon atoms, however some amounts of oxygen from the surrounding atmosphere has been detected as well. The hard carbide phase with a dendritic morphology has been observed in far and wide of the melted zones. The directions of the dendrites' axes in the vicinity of the titanium surface are nearly perpendicular to the surface. That phenomenon is due to the solidification of the molten pool under the circumstances of an unidirectional thermal gradient created in result of the laser treatment of the surface. The volume fraction of the carbide phase in the melted zone was changing depending on the superposition of the adjacent zones or paths. The microhardness on the cross sections was changing very irregularly. Its values measured on the section along two straight lines perpendicular to the titanium surface are given. That irregularity is due to a rather intensive stirring in the molten pool succeeded by a very rapid solidification.

Słowa kluczowe

PL

powierzchnia; tytan; utwardzanie; synteza; węglik tytanu; wiązka laserowa; topienie laserowe; stapianie laserowe; morfologia; skład chemiczny; skład fazowy

EN

surface; titanium; hardening; synthesis; titanium carbide; laser beam; laser melting; morphology; chemical composition; phase composition

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2000
• Tom: R. XXI, nr 6
• Strony: 490--493
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Zimnicki J.

• Instytut Fizyki Technicznej Politechniki Łódzkiej

autor

Wendler B.

• Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej

autor

Pawlak R.

• Instytut Elektroniki Politechniki Łódzkiej

• Politechnika Łódzka

Bibliografia

• [1] Nordin M., Larsson M., Hogmark S.: “Mechanical and tribological properties of multilayered PVD TiN/CrN, TiN/MoN, TiN/NbN and TiN/TaN coatings on cemented carbides”; Surf. Coat. Techn. 106 (1998) 234.
• [2] Lengauer W.: Proc. 4th Int. Symp. on Trends and New Applications in Thin Films – TATF’94 and the 11th Conf. on High Vacuum, Interfaces and Thin Films – HVITF’94 in Dresden (FRG), March 7 – 11, 1994, Ed. by G. Hecht, F. Richter, J. Hahn, DGM Informations-gesellschaft – Vg. 1994, 614
• [3] Wendler B.: “Creation of thin TaC or TiC layers on steels”; Mat. Sci. Eng. A 163 (1993) 215.
• [4] Mridha S., Baker T.N.: “Surface cracking in laser-nitrided titanium of commercial parity and possible ways of reducing these defects”; Proc. Adv. Mater. 4 (1994) 85.
• [5] Mridha S., Baker T.N.: “Crack-free hard surfaces produced by laser nitriding of commercial parity titanium”; Mater. Sci. Eng. A 188(1994)229.
• [6] Jianglong L, Qiquan L., Zhirong Z.: “Laser gas alloying of titanium alloy with nitrogen”; Surf. Coat. Technol.57 (1993) 191.
• [7] Ettaqi S., Hays V., Hantzpergue J.J., Samdrenan G., Remy J. C.: “Mechanical, structural and tnbological properties of titanium nitrided by a pulsed laser”; Surf. Coat. Technol. 100-101 (1998)428.
• [8] Zimnicki J., Rożniakowski K., Wendler B., Kalita W., Hoffman J.: “Creation of TiN paths on titanium alloy OT4-1 by the use of a laser beam”; J. Mater. Sci. 33 (1998) 1385
• [9] Fouilland-Paille L., Ettaqi S., Benayoun S., Hantzpergue J. J.: “Structural and mechanical characterization of Ti/TiC cermet coatings synthesized by laser melting”; Surf. Coat. Technol. 88 (1996) 204
• [10] Chaplanov A.M., Shibko A.N.: “Modification of metal films by pulsed laser radiation in organic liquids”; phys. stat. sol. (a) 120 (1990) K37.
• [11] Paramęs M.L.F., Conde O.: “Structure and morphology of laser assisted chemical vapour deposited TiC coatings”; J. De Phys.IV3 (1993)217.
• [12] Smurov J., Convelli L.: “Synthesis of nitride and carbide compounds of titanium by means of a solide state laser source”; Proc. ECLAT’92 (1992) 251.
• [13] Oyama S.T.(wyd.).: “The Chemistiy of Transition Metal Carbides and Nitrides, Blackie Academic & Professional”; London, 1996.
• [14] Vedenov A.A., Gladusch G.G.: “ Fizitcheskie processy pri lasernoi obrabotkie materialov”, Moskva, 1985.