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概述

鈦合金TC4材料的組成為Ti-6Al-4V、屬于(a+b)型鈦合金、具有良好的綜合力學(xué)機械性能 . 比強度大 . TC4的強度sb=1.012GPa、密度g=4.4*103、比強度sb/g=23.5、而合金鋼的比強度sb/g小于18 . 鈦合金熱導(dǎo)率低 . 鈦合金的熱導(dǎo)率為鐵的1/5、鋁的1/10、TC4的熱導(dǎo)率l=7.955W/m·K . 線膨脹系數(shù)=7.89*10-6℃、比熱=0.612cal/g·℃ . 鈦合金的彈性模量較低 . TC4的彈性模量E=110GPa、約為鋼的1/2、故鈦合金加工時容易產(chǎn)生變形 . TC4(Ti-6Al-4V)和TA7(Ti-5Al-2.5Sn)鈦合金、采用兩種注入方案進行表面改性、試驗表明、鈦合金經(jīng)離子注入后、提高了顯微硬度、顯著地降低了滑動摩擦系數(shù)、有效地提高了耐磨性.為探明其改性機理、對注入與未注入樣品進行了X射線光電子能譜(XPS)分析、獲得滿意的結(jié)果.

試件制備及注入條件

1.1 試件制備

選航空用的TC4、TA7鈦合金、試件制成圓盤狀、尺寸為40*5mm、所有試件表面均拋光至鏡面.

1.2 離子注入條件

兩種鈦合金都分別采用兩種注入方案：

① 在TC4及TA7鈦合金試件上濺射鍍Ti、Ti膜總厚度為540nm(5400A).在鍍Ti膜過程中、同時用(N+ +N+2)進行動態(tài)反沖注入、束流能量為50keV、束流密度為45μA/cm2、劑量為7*1017/cm2、靶室真空度為1.33*10-2Pa;

② 在①的基礎(chǔ)上、再注入C+、束流能量為40keV、劑量為3*1017/cm2.

硬度測量

用HXD-1000數(shù)字式顯微硬度計測量了注入與未注入試件的顯微硬度、測量載荷為4.9×10-2N、測量結(jié)果列于表1.

表1 顯微硬度測量結(jié)果

材料 表面狀態(tài) 顯微硬度/MPa 硬度提高倍數(shù)

未注入 2690 0

TC4 注入(N+ +N+2) 6399 1.38

注入(N+ +N+2)+C+ 3436 0.28

未注入 3133 0

TA7 注入(N+ +N+2) 4276 0.36

注入(N+ +N+2)+C+ 4073 0.30

從表1看出、離子注入后、試件的顯微硬度都有不同程度的提高、其中TC4鈦合金注入(N+ +N+2)混合束后硬度約提高1.4倍.[1]

●TC4 熱膨脹系數(shù)：

TC4鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性、小的密度、高的比強度及較好的韌性和焊接性等一系列優(yōu)點、在航空航天、石油化工、造船、汽車、醫(yī)藥等部門都得到成功的應(yīng)用 .

●TC4鈦合金力學(xué)性能：

抗拉強度σb/MPa≥895,規(guī)定殘余伸長應(yīng)力σr0.2/MPa≥825,伸長率δ5(%)≥10,斷面收縮率ψ(%)≥25

●TC4鈦合金密度:

4.5（g/cm3）工作溫度-100～550（℃）

●TC4鈦合金化學(xué)成分:

TC4含鈦(Ti) 余量,鐵(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氫(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,鋁(Al)5.5～6.8,釩(V)3.5～4.5