共聚焦显微镜观测：电解质等离子抛光工艺后的TC4 钛合金三维轮廓表征-电子发烧友网

钛合金因优异的力学性能与耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、医疗等高端制造领域。激光选区熔化（SLM）技术作为钛合金增材制造的重要方法，其制件表面易存在 “台阶效应”“粉末粘附” 等问题制约应用。电解质等离子抛光（PEP）工艺具有抛光效率高、适用于复杂零件等优势，可有效改善表面质量。本文借助光子湾科技共聚焦显微镜等表征手段，研究电解质等离子抛光工艺对激光选区熔化成形 TC4 钛合金表面质量与性能的影响，探究最佳工艺参数，为钛合金增材制造后处理提供参考。

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电解质等离子抛光（PEP）工艺原理

等离子抛光工艺原理示意图

电解质等离子抛光工艺中，待抛光TC4 零件为阳极，电解液为阴极，施加200~400 V 高电压后，电解液电离发生析氧、金属氧化及氧化物溶解反应。工件表面形成以水蒸气为主的气体包裹层，电离击穿后形成放电通道，在等离子冲击与电化学反应共同作用下，优先去除表面凸起部分，实现平整化。

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TC4 钛合金的电解质等离子抛光实验方法

实验样件初始表面形貌及三维轮廓

1.试样制备

采用TC4 球形粉末（粒径15~53 μm），通过 ProX DMP 320 SLM 设备制备 30 mm×20 mm×5 mm 样件，成形参数为激光功率 350 W、扫描速度 1000 mm・s⁻¹。经 0.4 MPa 棕刚玉喷砂处理，PEP前后用无水乙醇超声清洗10 min 并吹干，确保初始表面状态一致。

2.实验过程

固定电解液浓度4%（质量分数）、抛光时间 15 min，以溶液温度（50~90 ℃）、抛光电压（260~400 V）、浸入深度（20~60 mm）为变量进行单因素实验，结合“三因素三水平” 正交实验优化参数。选取TC4 叶轮验证最佳参数对复杂零件的适用性。

3.表征方法

用粗糙度仪测Ra（取 5 点平均值）；OM 与 SEM 观察表面形貌；共聚焦显微镜表征三维轮廓；SEM 自带能谱仪（EDS）分析表面元素；电子天平测质量变化，按公式计算材料去除率。

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共聚焦显微镜观测实验结果

共聚焦显微镜观测TC4叶轮零件表面形貌和三维轮廓图

1.工艺参数对抛光效果的影响

抛光电压：240 V 时表面粗糙度升高（形成厚TiO₂层阻碍抛光）；280 V 时表面粗糙度最低（气层稳定，反应充分）；超320 V 时表面粗糙度上升（气层过厚导致放电冲击坑）。

溶液温度：80 ℃左右为气层稳定区间，表面粗糙度较低；低温时气层不稳定，表面粗糙度较高；高温时电解质分解，材料去除率下降25%。

浸入深度：对表面粗糙度影响较小，深度增大则电流密度与材料去除率提高；复杂零件需适当深度避免气层紊乱。

2.工艺参数优化

极差与方差分析显示，参数对表面粗糙度和材料去除率的影响主次均为：抛光电压> 溶液温度 > 浸入深度。降低Ra 的最佳组合为 280 V、90 ℃、40 mm；提高材料去除率的最佳组合为 280 V、80 ℃、20 mm。共聚焦显微镜观测显示，最佳参数下样件三维轮廓峰差仅37.99 μm，表面平整。

3.最佳参数验证

TC4 叶轮经最佳参数处理后，光泽度达253 GU，表面粗糙度从9.534 μm 降至 1.987 μm；SEM 显示喷砂造成的撕裂纹完全去除，仅存少量微小气孔；共聚焦显微镜观测到三维轮廓颜色均匀，峰差37.47 μm；EDS 检测表明表面杂质去除，无电解液残留。

综上，电解质等离子抛光工艺能够有效提升激光选区熔化成形TC4复杂零件的表面质量及抛光效率，并为金属增材制造零件后处理工作提供良好的应用基础及参考。共聚焦显微镜可清晰表征了表面三维轮廓的改善，验证了工艺对复杂零件的适用性。光子湾科技深耕光学精密测量与材料性能评估，其共聚焦显微镜技术为复杂零件的表面质量检测提供了精准支持，助力高端制造领域的表面质量评估与工艺优化。

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光子湾3D共聚焦显微镜

光子湾3D共聚焦显微镜是一款用于对各种精密器件及材料表面，可应对多样化测量场景，能够快速高效完成亚微米级形貌和表面粗糙度的精准测量任务，提供值得信赖的高质量数据。