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摘 要：锆合金在目前工业使用中很多方面都具有一定的优势，因此其被广泛地得到应用。为此本文将对激光表面处理技术对锆铬合金在结构及性能上影响进行研究，由锆铬合金及激光加工技术的概述作为切入点，并分别由结构影响及性能影响进行详细分析。
关键词：激光表面处理技术;锆铬合金;结构;性能
1.锆铪合金及激光加工技术概述
1.1锆铬合金的性能及应用
锆是一种在常规状态下呈现为银白色的金属，同时其还具备其他金属所不具备的多种属性，其中最为重要的就是核性质。其核性质来源于它的热中子俘获横截面很小，因此可以将其使用在原子堆的内部材料中。除此之外在化工生产、医疗器械及工业生产当中锆及锆合金都有着广泛的应用范畴，例如在化工生产当中锆及锆合金就能被作为交换器或反应器的构成材料，而在医疗器械当中由于锆的相容性十分突出就能够被用作生物医学材料，工业生产方面其耐火性能目前也得到了广泛的应用[1]。
1.2激光加工技术特点
相对于传统的技术而言，激光加工技术的一些特点使其得到了广泛的应用。首先其开发时间相对较短，能够在最大限度上帮助缩短工程时间。其次在生产的过程当中激光加工技术所产生的热能相对较小，也不会出现由于直接接触而污染工件的情况。同时在目前生产自动化的大趋势下，激光加工技术由于导向准确、效果稳定且安全系数较高的原因更加适合生产自动化的发展。最后相对于传统技术激光加工技术的后期成本无论从维护还是投入来看都更加低廉，也更加适合规模较大的加工工作[2]。
2.激光表面处理技术对锆铬合金结构影响
2.1处理后锆铬合金有限元分析
对经过激光表面处理技术处理后的锆铬合金进行结构影响分析首先要由有限元入手，所使用的为1000W激光，而温度场的达标时间为0.1s，温度场中心温度在1500℃之上，在此之后的13s之内冷却至室温。因此在熔池温度上一定会高于上述数值，能够完成重熔[3]。
2.2处理后锆铬合金形貌分析
激光表面处理技术还会对锆铬合金的形貌产生一定的影响，其影响主要能够从宏观形貌、重熔区宽度及熔池深度方面得到体现。首先在宏观形貌上由于激光处理具有很强的能量释放，因此在下熔池的表面当中会出现流动的情况[4]。而在重熔区的宽度方面其宽度会随着锆铬合金表面的温度逐渐降低而使得材料数量持续减少宽度变窄的情况，最后在熔池深度方面与重熔区的宽度相同，也是随着温度降低材料数量得到持续减少出现熔池深度减小的情况，而熔池深度减小的情况也是随着扫描速度而变化的。
2.3处理后锆铬合金元素分布分析
在经过激光表面处理后，锆铬合金在元素分布上也会出现一定的改变。下文将通过柱状图的形式展示其界面的变化柱状图，详情见图2。
通过图中的分析结果能够发现在经过处理后在元素上锆铬合金的界面组成并没有出现变化，但是在元素百分比方面出现了一定的波动，这样的波动情况导致部分局部地区出现了某种元素聚集的情况，造成这样情况的原因是由于扩散不够均匀同时热量分布偏差导致的。
3、激光表面处理技术对锆铬合金性能影响
3.1处理后硬度影响分析
激光表面处理技术会对锆铬合金在形貌上产生影响的同时还会对其性能产生一定的影响，这样的影响首先体现在材料的硬度方面。为了验证影响的具体情况，要构建硬度分析图谱，进行纳米压痕实验。在此之后对其硬度分布进行统计，以重熔区的边界作为坐标点能够发现重熔区的硬度远高于热影响区及基体。造成这样改变的原因是由于经过激光表面处理技术的加工后锆铬合金会受到细晶强化从而提高硬度。
3.2处理后弹性影响分析
除硬度外激光表面处理技术还会对锆铬合金材料的弹性产生一定的影响，而根据实验能够发现弹性能够通过压痕深度得到体现。在经过统计分析后能够发现经过激光表面处理技术加工后的锆铬合金材料弹性变化不大，以弹性模量作为参考依据是能够发现经过激光扫描的重熔区弹性模量指数大多只有8%左右的提升，这个数值也会随着扫描速度的提高而减小[5]。
3.3处理后摩擦性能分析
在摩擦性能方面，能够通过摩擦系数对其进行体现，对摩擦系数进行观察的过程中可使用压针及原子探针在合金划痕上的形变程度进行观察。而在这个过程当中还需要对划痕进行观察，以此总结出对应的划痕数据。也由上文内容所述，由于经过激光表面技术的处理，锆铬合金重熔区会出现晶粒细化的情况，因此其内部组织构造会变得更加均匀，表面也会更加平滑，摩擦性能也会相对得到降低。
3.4处理后耐腐性能分析
最后锆在金属当中属于耐腐性能相对较强的一种，锆铬合金也能够在一定条件下生成氧化膜，因此其在耐腐性能方面更加出色。当锆铬合金未经过激光表面处理时，由于其点位较高同时在钝化反应的辅助下很難发生氧化。而在表面激光处理后，其钝化区也会出现明显的扩张，其耐腐性能自然也得到了提升。但是通过后续的实验能够发现，锆铬合金材料的耐腐性能主要来自于其自身的化学性质，与是否经过表面激光处理的影响不大，同时表面激光处理的速度与其耐腐性能的提升之间没有明显的关联性。
4、结 语：
通过本文的论述，能够发现在经过激光表面处理后锆铬合金在结构上会出现一定的改变，其晶粒组织会出现一定的变化，同时随着重熔区发生一定的变化，在弹性模量及耐磨系数方面也会有一定的改变。其抗腐性能也与其结构有着一定的关系，当经过激光处理后其抗腐性能得到了很大的提升。
参考文献
[1] 刘良威，胡晶晶，刘锦，袁野，陈忠.准分子激光表面处理对CFRP胶接强度的影响[J].宇航材料工艺，2019（04）：45-49.
[2] 刘畅，杨文锋，徐艺，张殊伦，李绍龙.激光表面处理技术在复合材料胶接维修中的应用研究[J].航空维修与工程，2019（03）：32-36.
[3] 闫晓明，弋慧丽.铜锆铬合金专利技术分析[J].广东化工，2015，42（14）：127-128.
[4] 罗向阳.无钼镍高铬合金铸铁耐磨衬板的研制与应用分析[J].科技传播，2013，5（09）：117+97.
[5] 李霞. 激光表面处理对锆钛铬合金结构及性能的影响[D].燕山大学，2012.
作者简介：周尧，男，1984.03.07，河南巩义，本科，研究方向：锆及锆合金材料方面和质量无损检测方面。
关键词：激光表面处理技术;锆铬合金;结构;性能
1.锆铪合金及激光加工技术概述
1.1锆铬合金的性能及应用
锆是一种在常规状态下呈现为银白色的金属，同时其还具备其他金属所不具备的多种属性，其中最为重要的就是核性质。其核性质来源于它的热中子俘获横截面很小，因此可以将其使用在原子堆的内部材料中。除此之外在化工生产、医疗器械及工业生产当中锆及锆合金都有着广泛的应用范畴，例如在化工生产当中锆及锆合金就能被作为交换器或反应器的构成材料，而在医疗器械当中由于锆的相容性十分突出就能够被用作生物医学材料，工业生产方面其耐火性能目前也得到了广泛的应用[1]。
1.2激光加工技术特点
相对于传统的技术而言，激光加工技术的一些特点使其得到了广泛的应用。首先其开发时间相对较短，能够在最大限度上帮助缩短工程时间。其次在生产的过程当中激光加工技术所产生的热能相对较小，也不会出现由于直接接触而污染工件的情况。同时在目前生产自动化的大趋势下，激光加工技术由于导向准确、效果稳定且安全系数较高的原因更加适合生产自动化的发展。最后相对于传统技术激光加工技术的后期成本无论从维护还是投入来看都更加低廉，也更加适合规模较大的加工工作[2]。
2.激光表面处理技术对锆铬合金结构影响
2.1处理后锆铬合金有限元分析
对经过激光表面处理技术处理后的锆铬合金进行结构影响分析首先要由有限元入手，所使用的为1000W激光，而温度场的达标时间为0.1s，温度场中心温度在1500℃之上，在此之后的13s之内冷却至室温。因此在熔池温度上一定会高于上述数值，能够完成重熔[3]。
2.2处理后锆铬合金形貌分析
激光表面处理技术还会对锆铬合金的形貌产生一定的影响，其影响主要能够从宏观形貌、重熔区宽度及熔池深度方面得到体现。首先在宏观形貌上由于激光处理具有很强的能量释放，因此在下熔池的表面当中会出现流动的情况[4]。而在重熔区的宽度方面其宽度会随着锆铬合金表面的温度逐渐降低而使得材料数量持续减少宽度变窄的情况，最后在熔池深度方面与重熔区的宽度相同，也是随着温度降低材料数量得到持续减少出现熔池深度减小的情况，而熔池深度减小的情况也是随着扫描速度而变化的。
2.3处理后锆铬合金元素分布分析
在经过激光表面处理后，锆铬合金在元素分布上也会出现一定的改变。下文将通过柱状图的形式展示其界面的变化柱状图，详情见图2。
通过图中的分析结果能够发现在经过处理后在元素上锆铬合金的界面组成并没有出现变化，但是在元素百分比方面出现了一定的波动，这样的波动情况导致部分局部地区出现了某种元素聚集的情况，造成这样情况的原因是由于扩散不够均匀同时热量分布偏差导致的。
3、激光表面处理技术对锆铬合金性能影响
3.1处理后硬度影响分析
激光表面处理技术会对锆铬合金在形貌上产生影响的同时还会对其性能产生一定的影响，这样的影响首先体现在材料的硬度方面。为了验证影响的具体情况，要构建硬度分析图谱，进行纳米压痕实验。在此之后对其硬度分布进行统计，以重熔区的边界作为坐标点能够发现重熔区的硬度远高于热影响区及基体。造成这样改变的原因是由于经过激光表面处理技术的加工后锆铬合金会受到细晶强化从而提高硬度。
3.2处理后弹性影响分析
除硬度外激光表面处理技术还会对锆铬合金材料的弹性产生一定的影响，而根据实验能够发现弹性能够通过压痕深度得到体现。在经过统计分析后能够发现经过激光表面处理技术加工后的锆铬合金材料弹性变化不大，以弹性模量作为参考依据是能够发现经过激光扫描的重熔区弹性模量指数大多只有8%左右的提升，这个数值也会随着扫描速度的提高而减小[5]。
3.3处理后摩擦性能分析
在摩擦性能方面，能够通过摩擦系数对其进行体现，对摩擦系数进行观察的过程中可使用压针及原子探针在合金划痕上的形变程度进行观察。而在这个过程当中还需要对划痕进行观察，以此总结出对应的划痕数据。也由上文内容所述，由于经过激光表面技术的处理，锆铬合金重熔区会出现晶粒细化的情况，因此其内部组织构造会变得更加均匀，表面也会更加平滑，摩擦性能也会相对得到降低。
3.4处理后耐腐性能分析
最后锆在金属当中属于耐腐性能相对较强的一种，锆铬合金也能够在一定条件下生成氧化膜，因此其在耐腐性能方面更加出色。当锆铬合金未经过激光表面处理时，由于其点位较高同时在钝化反应的辅助下很難发生氧化。而在表面激光处理后，其钝化区也会出现明显的扩张，其耐腐性能自然也得到了提升。但是通过后续的实验能够发现，锆铬合金材料的耐腐性能主要来自于其自身的化学性质，与是否经过表面激光处理的影响不大，同时表面激光处理的速度与其耐腐性能的提升之间没有明显的关联性。
4、结 语：
通过本文的论述，能够发现在经过激光表面处理后锆铬合金在结构上会出现一定的改变，其晶粒组织会出现一定的变化，同时随着重熔区发生一定的变化，在弹性模量及耐磨系数方面也会有一定的改变。其抗腐性能也与其结构有着一定的关系，当经过激光处理后其抗腐性能得到了很大的提升。
参考文献
[1] 刘良威，胡晶晶，刘锦，袁野，陈忠.准分子激光表面处理对CFRP胶接强度的影响[J].宇航材料工艺，2019（04）：45-49.
[2] 刘畅，杨文锋，徐艺，张殊伦，李绍龙.激光表面处理技术在复合材料胶接维修中的应用研究[J].航空维修与工程，2019（03）：32-36.
[3] 闫晓明，弋慧丽.铜锆铬合金专利技术分析[J].广东化工，2015，42（14）：127-128.
[4] 罗向阳.无钼镍高铬合金铸铁耐磨衬板的研制与应用分析[J].科技传播，2013，5（09）：117+97.
[5] 李霞. 激光表面处理对锆钛铬合金结构及性能的影响[D].燕山大学，2012.
作者简介：周尧，男，1984.03.07，河南巩义，本科，研究方向：锆及锆合金材料方面和质量无损检测方面。