概述

　　钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，属于(a+b)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。比强度大。TC4的强度sb=1.012MPa，密度g=4.4*103，比强度sb/g=23.5，而合金钢的比强度sb/g小于18。 钛合金热导率低。 钛合金的热导率为铁的1/5、铝的1/10，TC4的热导率l=7.955W/m·K。线膨胀系数=7.89*10-6℃，比热=0.612cal/g·℃。钛合金的弹性模量较低。TC4的弹性模量E=110GPa，约为钢的1/2，故钛合金加工时容易产生变形。 TC4(Ti-6Al-4V)和TA7(Ti-5Al-2.5Sn)钛合金，采用两种注入方案进行表面改性，试验表明，钛合金经离子注入后，提高了显微硬度，显著地降低了滑动摩擦系数，有效地提高了耐磨性.为探明其改性机理，对注入与未注入样品进行了X射线光电子能谱(XPS)分析，获得满意的结果.

试件制备及注入条件1.1 试件制备

　　选航空用的TC4、TA7钛合金，试件制成圆盘状，尺寸为40*5mm，所有试件表面均抛光至镜面.

　　1.2 离子注入条件

　　两种钛合金都分别采用两种注入方案：

　　① 在TC4及TA7钛合金试件上溅射镀Ti，Ti膜总厚度为540nm(5400A).在镀Ti膜过程中，同时用(N+ +N+2)进行动态反冲注入，束流能量为50keV，束流密度为45μA/cm2，剂量为7*1017/cm2，靶室真空度为1.33*10-2Pa；

　　② 在①的基础上，再注入C+，束流能量为40keV，剂量为3*1017/cm2.

硬度测量

　　用HXD-1000数字式显微硬度计测量了注入与未注入试件的显微硬度，测量载荷为4.9&tiMES;10-2N，测量结果列于表1.

　　表1 显微硬度测量结果

　　材料 表面状态 显微硬度/MPa 硬度提高倍数

　　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

　　从表1看出，离子注入后，试件的显微硬度都有不同程度的提高，其中TC4钛合金注入(N+ +N+2)混合束后硬度约提高1.4倍.^[1]

　　●TC4 热膨胀系数：

　　TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。

　　●TC4钛合金力学性能：

　　抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25

　　●TC4钛合金密度:

　　4.5（g/cm3）工作温度-100～550（℃）

　　●TC4钛合金化学成分:

　　TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5～6.8,钒(V)3.5～4.5