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鈦合金離子注入技術(shù)及其在表面處理中的應用

發(fā)布時間: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。與物理或化學氣相沉積相比,其主要優(yōu)點是:①薄膜與基材結(jié)合良好,抗機械和化學作用強,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過程重復好性等。許多研究人員報道,氮離子注入對改善Ti6Al4V鈦合金的表面成分、顯微組織、硬度和摩擦學性能有很好的效果。TiC也是超硬相,所以鈦合金還可以通過離子注入碳來強化鈦合金表面。然而,由于基于等離子體的離子注入不是連續(xù)的過程,當施加每個負脈沖電位時,隨著脈沖電位從零下降到谷,然后上升到零,發(fā)生濺射和注入兩個過程。如果等離子體中含有金屬或碳離子,當脈沖電位為零時,在一定條件下會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)實驗確定為DLC薄膜。這樣處理的鈦合金表面硬度提高了4倍。當摩擦副由相同材料形成時,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)實驗確定為DLC薄膜。這樣處理的鈦合金表面硬度提高了4倍。當摩擦副由相同材料形成時,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)實驗確定為DLC薄膜。這樣處理的鈦合金表面硬度提高了4倍。當摩擦副由相同材料形成時,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。.

實現(xiàn)金屬離子注入工藝的設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、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現(xiàn)良好的結(jié)合。為了解決這個問題,出現(xiàn)了HyPeinn涂層工藝。這種工藝的突出特點是在注入前用高能離子轟擊基片表面,去除原來的基片如: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,殘余應力相當?shù)?。TIB:用該技術(shù)處理其殘余應力可以減少3個因素。該技術(shù)對基材的機械性能沒有明顯的損害。它還可以降低沉積溫度。

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