鈦合金離子注入技術及其在表面處理中的應用
發布時間: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構，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構，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，其主要優點是：①薄膜與基材結合良好，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，單碳層的結構是類金剛石碳（DLC）。因此，可以獲得比注氮層具有更低摩擦系數和更好耐磨性的表面改性層。表面的單層碳層經實驗確定為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。隨著植入技術的發展，人們對提高鈦合金的性能和降低鈦合金的成本感興趣。離子注入技術可用于改變航空航天、生物醫學、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，該技術將完全取代等離子噴涂鋁涂層。植入技術提高了鈦的耐磨性，使鈦用于噴油器和活塞環成為可能。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構的氧化層非常高。很難去除，因此更難在涂層和基材之間實現良好的結合。為了解決這個問題，出現了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不銹鋼內在的氧化膜使鍍層與新鮮基板表面結合，結合力是一般工業離子鍍的兩倍，殘余應力相當低。TIB：用該技術處理其殘余應力可以減少3個因素。該技術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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