鈦合金離子注入技術(shù)及其在表面處理中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2021-08-27
摘要:鈦合金離子注入是一種利用高能離子轟擊改變表面性質(zhì)的新工藝。就像子彈擊中物體一樣，可以凈化物體表面，改變物體表層的成分和結(jié)構(gòu)，從而增加表面的硬度，提高物體的耐磨性和耐腐蝕性。與物理或化學(xué)氣相沉積相比，其...
鈦合金離子注入是一種利用高能離子轟擊改變表面性質(zhì)的新工藝。就像子彈擊中物體一樣，可以凈化物體表面，改變物體表層的成分和結(jié)構(gòu)，從而增加表面的硬度，提高物體的耐磨性和耐腐蝕性。與物理或化學(xué)氣相沉積相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是：①薄膜與基材結(jié)合良好，抗機(jī)械和化學(xué)作用強(qiáng)，不剝落；②注射過程不需要升高基材的溫度，從而可以保持工件的幾何精度；③過程重復(fù)好性等。許多研究人員報(bào)道，氮離子注入對(duì)改善Ti6Al4V鈦合金的表面成分、顯微組織、硬度和摩擦學(xué)性能有很好的效果。TiC也是超硬相，所以鈦合金還可以通過離子注入碳來(lái)強(qiáng)化鈦合金表面。然而，由于基于等離子體的離子注入不是連續(xù)的過程，當(dāng)施加每個(gè)負(fù)脈沖電位時(shí)，隨著脈沖電位從零下降到谷，然后上升到零，發(fā)生濺射和注入兩個(gè)過程。如果等離子體中含有金屬或碳離子，當(dāng)脈沖電位為零時(shí)，在一定條件下會(huì)在表面形成單一的碳沉積層。在一定脈沖電壓（10~30kV）的作用下，單碳層的結(jié)構(gòu)是類金剛石碳（DLC）。因此，可以獲得比注氮層具有更低摩擦系數(shù)和更好耐磨性的表面改性層。表面的單層碳層經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定為DLC薄膜。這樣處理的鈦合金表面硬度提高了4倍。當(dāng)摩擦副由相同材料形成時(shí)，在干摩擦條件下摩擦系數(shù)從0.4降低到0.1，耐磨性比非離子注入提高30倍以上。. 表面的單層碳層經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定為DLC薄膜。這樣處理的鈦合金表面硬度提高了4倍。當(dāng)摩擦副由相同材料形成時(shí)，在干摩擦條件下摩擦系數(shù)從0.4降低到0.1，耐磨性比非離子注入提高30倍以上。. 表面的單層碳層經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定為DLC薄膜。這樣處理的鈦合金表面硬度提高了4倍。當(dāng)摩擦副由相同材料形成時(shí)，在干摩擦條件下摩擦系數(shù)從0.4降低到0.1，耐磨性比非離子注入提高30倍以上。.實(shí)現(xiàn)金屬離子注入工藝的設(shè)備一般由金屬離子源和高能加速器（為注入離子獲得高速能量）和真空室三部分組成。隨著植入技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)提高鈦合金的性能和降低鈦合金的成本感興趣。離子注入技術(shù)可用于改變航空航天、生物醫(yī)學(xué)、旅游巴士零件和刀具的性能。提高刀具耐磨性的效果非常顯著，切削速度提高58%。在低速下，離子注入比低速下未注入的工具壽命長(zhǎng)60%以上。通常，注入氮、碳或金屬離子。如果增加注入深度，該技術(shù)將完全取代等離子噴涂鋁涂層。植入技術(shù)提高了鈦的耐磨性，使鈦用于噴油器和活塞環(huán)成為可能。此外，金屬鋁的注入可以顯著提高鈦的耐蝕性。注入鉬的鈦在HZSO中的耐蝕性；增加喬00倍。噴鋅可完全提高Ti-6AI-4V的耐蝕性。注入鉬的鈦在HZSO中的耐蝕性；增加喬00倍。噴鋅可完全提高Ti-6AI-4V的耐蝕性。注入鉬的鈦在HZSO中的耐蝕性；增加喬00倍。噴鋅可完全提高Ti-6AI-4V的耐蝕性。通常采用PVD（物理氣相沉積）制成的TIN和CrN涂層，由于基體溫度超過400℃，在此溫度下鈦表面形成的銳鈦礦或金紅石結(jié)構(gòu)的氧化層非常高。很難去除，因此更難在涂層和基材之間實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)合。為了解決這個(gè)問題，出現(xiàn)了HyPeinn涂層工藝。這種工藝的突出特點(diǎn)是在注入前用高能離子轟擊基片表面，去除原來(lái)的基片如：6061鋁合金、Ti-6Al-4V、440C不銹鋼內(nèi)在的氧化膜使鍍層與新鮮基板表面結(jié)合，結(jié)合力是一般工業(yè)離子鍍的兩倍，殘余應(yīng)力相當(dāng)?shù)?。TIB：用該技術(shù)處理其殘余應(yīng)力可以減少3個(gè)因素。該技術(shù)對(duì)基材的機(jī)械性能沒有明顯的損害。它還可以降低沉積溫度。
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