鈦合金因優(yōu)異的力學(xué)性能與耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療等高端制造領(lǐng)域。激光選區(qū)熔化（SLM）技術(shù)作為鈦合金增材制造的重要方法，其制件表面易存在 “臺階效應(yīng)”“粉末粘附” 等問題制約應(yīng)用。電解質(zhì)等離子拋光（PEP）工藝具有拋光效率高、適用于復(fù)雜零件等優(yōu)勢，可有效改善表面質(zhì)量。本文借助光子灣科技共聚焦顯微鏡等表征手段，研究電解質(zhì)等離子拋光工藝對激光選區(qū)熔化成形 TC4 鈦合金表面質(zhì)量與性能的影響，探究最佳工藝參數(shù)，為鈦合金增材制造后處理提供參考。

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電解質(zhì)等離子拋光（PEP）工藝原理

等離子拋光工藝原理示意圖

電解質(zhì)等離子拋光工藝中，待拋光TC4 零件為陽極，電解液為陰極，施加200~400 V 高電壓后，電解液電離發(fā)生析氧、金屬氧化及氧化物溶解反應(yīng)。工件表面形成以水蒸氣為主的氣體包裹層，電離擊穿后形成放電通道，在等離子沖擊與電化學(xué)反應(yīng)共同作用下，優(yōu)先去除表面凸起部分，實(shí)現(xiàn)平整化。

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TC4 鈦合金的電解質(zhì)等離子拋光實(shí)驗方法

實(shí)驗樣件初始表面形貌及三維輪廓

1.試樣制備

采用TC4 球形粉末（粒徑15~53 μm），通過 ProX DMP 320 SLM 設(shè)備制備 30 mm×20 mm×5 mm 樣件，成形參數(shù)為激光功率 350 W、掃描速度 1000 mm?s?1。經(jīng) 0.4 MPa 棕剛玉噴砂處理，PEP前后用無水乙醇超聲清洗10 min 并吹干，確保初始表面狀態(tài)一致。

2.實(shí)驗過程

固定電解液濃度4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、拋光時間 15 min，以溶液溫度（50~90 ℃）、拋光電壓（260~400 V）、浸入深度（20~60 mm）為變量進(jìn)行單因素實(shí)驗，結(jié)合“三因素三水平” 正交實(shí)驗優(yōu)化參數(shù)。選取TC4 葉輪驗證最佳參數(shù)對復(fù)雜零件的適用性。

3.表征方法

用粗糙度儀測Ra（取 5 點(diǎn)平均值）；OM 與 SEM 觀察表面形貌；共聚焦顯微鏡表征三維輪廓；SEM 自帶能譜儀（EDS）分析表面元素；電子天平測質(zhì)量變化，按公式計算材料去除率。

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共聚焦顯微鏡觀測實(shí)驗結(jié)果

共聚焦顯微鏡觀測TC4葉輪零件表面形貌和三維輪廓圖

1.工藝參數(shù)對拋光效果的影響

拋光電壓：240 V 時表面粗糙度升高（形成厚TiO?層阻礙拋光）；280 V 時表面粗糙度最低（氣層穩(wěn)定，反應(yīng)充分）；超320 V 時表面粗糙度上升（氣層過厚導(dǎo)致放電沖擊坑）。

溶液溫度：80 ℃左右為氣層穩(wěn)定區(qū)間，表面粗糙度較低；低溫時氣層不穩(wěn)定，表面粗糙度較高；高溫時電解質(zhì)分解，材料去除率下降25%。

浸入深度：對表面粗糙度影響較小，深度增大則電流密度與材料去除率提高；復(fù)雜零件需適當(dāng)深度避免氣層紊亂。

2.工藝參數(shù)優(yōu)化

極差與方差分析顯示，參數(shù)對表面粗糙度和材料去除率的影響主次均為：拋光電壓> 溶液溫度 > 浸入深度。降低Ra 的最佳組合為 280 V、90 ℃、40 mm；提高材料去除率的最佳組合為 280 V、80 ℃、20 mm。共聚焦顯微鏡觀測顯示，最佳參數(shù)下樣件三維輪廓峰差僅37.99 μm，表面平整。

3.最佳參數(shù)驗證

TC4 葉輪經(jīng)最佳參數(shù)處理后，光澤度達(dá)253 GU，表面粗糙度從9.534 μm 降至 1.987 μm；SEM 顯示噴砂造成的撕裂紋完全去除，僅存少量微小氣孔；共聚焦顯微鏡觀測到三維輪廓顏色均勻，峰差37.47 μm；EDS 檢測表明表面雜質(zhì)去除，無電解液殘留。

綜上，電解質(zhì)等離子拋光工藝能夠有效提升激光選區(qū)熔化成形TC4復(fù)雜零件的表面質(zhì)量及拋光效率，并為金屬增材制造零件后處理工作提供良好的應(yīng)用基礎(chǔ)及參考。共聚焦顯微鏡可清晰表征了表面三維輪廓的改善，驗證了工藝對復(fù)雜零件的適用性。光子灣科技深耕光學(xué)精密測量與材料性能評估，其共聚焦顯微鏡技術(shù)為復(fù)雜零件的表面質(zhì)量檢測提供了精準(zhǔn)支持，助力高端制造領(lǐng)域的表面質(zhì)量評估與工藝優(yōu)化。

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光子灣3D共聚焦顯微鏡

光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對各種精密器件及材料表面，可應(yīng)對多樣化測量場景，能夠快速高效完成亞微米級形貌和表面粗糙度的精準(zhǔn)測量任務(wù)，提供值得信賴的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

超寬視野范圍，高精細(xì)彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結(jié)構(gòu)、頻率、功能等五大分析技術(shù)

采用針孔共聚焦光學(xué)系統(tǒng)，高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計

提供調(diào)整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數(shù)據(jù)處理功能

光子灣共聚焦顯微鏡以原位觀察與三維成像能力，為Micro-LED巨量轉(zhuǎn)印技術(shù)中彈性印章的關(guān)鍵制程參數(shù)研究提供表征技術(shù)支撐，助力從表面粗糙度與性能分析的精準(zhǔn)把控，成為推動新能源領(lǐng)域技術(shù)升級的重要光學(xué)測量工具。