为了改善钛合金表面生物活性,采用500W脉冲Nd:YAG激光作为热源,平均粒度约为20m的Ti粉和CaCO3粉为预涂材料,利用激光熔覆原位自生的方法,在Ti-6Al-4V表面制备CaTiO3陶瓷涂层.通过热力学分析,并结合X射线衍射分析方法,研究了原位自生CaTiO3的反应机理以及主要工艺参量(扫描速率、电流强度)对原位自生CaTiO3陶瓷涂层的影响.热力学计算表明,在激光熔池内,可原位生成以CaTiO3为主的陶瓷涂层.结合X射线衍射及激光共聚焦观察结果可知,在脉冲频率为30Hz、脉宽为1.0ms、离焦量为15mm的条件下,合适的扫描速率约为3mm/s,电流强度为240A.最佳条件下制备的涂层主要成分为CaTiO3以及部分钛的氧化物.结果表明,熔覆层内为枝晶和胞晶组织,分布比较均匀,原位生成的陶瓷涂层与基底形成了良好的冶金结合.

利用大气气氛下激光氮化方法,采用CWCO2 激光作为辐射源,同时通以与激光束同轴的激活态氮束流,对工业纯钛进行氮化处理。并利用X射线衍射方法(XRD)对样品进行测试分析。结果表明,当激光功率密度不小于6.5×105W·cm-2、扫描速度不大于600mm·min-1时,在大气气氛下可实现钛表面的氮化处理,且氮化处理后,钛的表面硬度可提高3倍左右。采用半无限大模型对氮化过程中的温度分布进行了数学模拟,并推导出了温度分布方程。由此方程出发,计算出了钛表面实现激光氮化时所需限制的最大扫描速度为600mm·min-1,并与实验结果进行了比较,结果发现,用该模型计算出的扫描速度的阈值与实验结果基本吻合。