钛合金离子注入技术及其在表面处理中的应用
发布时间:2021-08-27
摘要:钛合金离子注入是一种利用高能离子轰击改变表面性质的新工艺。就像子弹击中物体一样，可以净化物体表面，改变物体表层的成分和结构，从而增加表面的硬度，提高物体的耐磨性和耐腐蚀性。与物理或化学气相沉积相比，其...
钛合金离子注入是一种利用高能离子轰击改变表面性质的新工艺。就像子弹击中物体一样，可以净化物体表面，改变物体表层的成分和结构，从而增加表面的硬度，提高物体的耐磨性和耐腐蚀性。与物理或化学气相沉积相比，其主要优点是：①薄膜与基材结合良好，抗机械和化学作用强，不剥落；②注射过程不需要升高基材的温度，从而可以保持工件的几何精度；③过程重复好性等。许多研究人员报道，氮离子注入对改善Ti6Al4V钛合金的表面成分、显微组织、硬度和摩擦学性能有很好的效果。TiC也是超硬相，所以钛合金还可以通过离子注入碳来强化钛合金表面。然而，由于基于等离子体的离子注入不是连续的过程，当施加每个负脉冲电位时，随着脉冲电位从零下降到谷，然后上升到零，发生溅射和注入两个过程。如果等离子体中含有金属或碳离子，当脉冲电位为零时，在一定条件下会在表面形成单一的碳沉积层。在一定脉冲电压（10~30kV）的作用下，单碳层的结构是类金刚石碳（DLC）。因此，可以获得比注氮层具有更低摩擦系数和更好耐磨性的表面改性层。表面的单层碳层经实验确定为DLC薄膜。这样处理的钛合金表面硬度提高了4倍。当摩擦副由相同材料形成时，在干摩擦条件下摩擦系数从0.4降低到0.1，耐磨性比非离子注入提高30倍以上。. 表面的单层碳层经实验确定为DLC薄膜。这样处理的钛合金表面硬度提高了4倍。当摩擦副由相同材料形成时，在干摩擦条件下摩擦系数从0.4降低到0.1，耐磨性比非离子注入提高30倍以上。. 表面的单层碳层经实验确定为DLC薄膜。这样处理的钛合金表面硬度提高了4倍。当摩擦副由相同材料形成时，在干摩擦条件下摩擦系数从0.4降低到0.1，耐磨性比非离子注入提高30倍以上。.实现金属离子注入工艺的设备一般由金属离子源和高能加速器（为注入离子获得高速能量）和真空室三部分组成。随着植入技术的发展，人们对提高钛合金的性能和降低钛合金的成本感兴趣。离子注入技术可用于改变航空航天、生物医学、旅游巴士零件和刀具的性能。提高刀具耐磨性的效果非常显着，切削速度提高58%。在低速下，离子注入比低速下未注入的工具寿命长60%以上。通常，注入氮、碳或金属离子。如果增加注入深度，该技术将完全取代等离子喷涂铝涂层。植入技术提高了钛的耐磨性，使钛用于喷油器和活塞环成为可能。此外，金属铝的注入可以显着提高钛的耐蚀性。注入钼的钛在HZSO中的耐蚀性；增加乔00倍。喷锌可完全提高Ti-6AI-4V的耐蚀性。注入钼的钛在HZSO中的耐蚀性；增加乔00倍。喷锌可完全提高Ti-6AI-4V的耐蚀性。注入钼的钛在HZSO中的耐蚀性；增加乔00倍。喷锌可完全提高Ti-6AI-4V的耐蚀性。通常采用PVD（物理气相沉积）制成的TIN和CrN涂层，由于基体温度超过400℃，在此温度下钛表面形成的锐钛矿或金红石结构的氧化层非常高。很难去除，因此更难在涂层和基材之间实现良好的结合。为了解决这个问题，出现了HyPeinn涂层工艺。这种工艺的突出特点是在注入前用高能离子轰击基片表面，去除原来的基片如：6061铝合金、Ti-6Al-4V、440C不锈钢内在的氧化膜使镀层与新鲜基板表面结合，结合力是一般工业离子镀的两倍，残余应力相当低。TIB：用该技术处理其残余应力可以减少3个因素。该技术对基材的机械性能没有明显的损害。它还可以降低沉积温度。
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