鈦合金硬度

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(jī)械性能。
比強(qiáng)度大。 TC4的強(qiáng)度sb=1,012MPa，密度g=4.4×103，比強(qiáng)度sb/g=23.5，而合金鋼的比強(qiáng)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。

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(jìn)行表面改性，試驗(yàn)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(jī)理，對注入與未注入樣品進(jìn)行了X射線光電子能譜(XPS)分析，獲得滿意的結(jié)果.

1 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(jìn)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.

2 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