鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右,僅為鋼的60%,純鈦的強度才接近普通鋼的強度,一些高強度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料,可制出單位強度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機的發(fā)動機構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。
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)機械性能。
比強度大。 TC4的強度sb=1,012MPa,密度g=4.4×103,比強度sb/g=23.5,而合金鋼的比強度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行表面改性,試驗表明,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.為探明其改性機理,對注入與未注入樣品進行了X射線光電子能譜(XPS)分析,獲得滿意的結(jié)果. 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.
兩種鈦合金都分別采用兩種注入方案:
?、?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;
?、?在①的基礎(chǔ)上,再注入C+,束流能量為40keV,劑量為3×1017/cm2.
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.
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
從以上看出,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。
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