[發(fā)明專利]一種基于離子注入表面改性提高TC4鈦合金抗空蝕性能的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210442808.6
• 申請(qǐng)日: 2012-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN102912309A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史燁婷;崔振鐸;楊賢金;朱勝利;李朝陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/48
• 分類號(hào): C23C14/48;C23C14/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及離子注入改性表面工程技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地說，尤其涉及一種離子注入鈦合金以改善其抗空蝕性能的技術(shù)。

背景技術(shù)

空蝕磨損是在一定溫度環(huán)境條件下，材料因液體介質(zhì)局部壓力變化致使空泡形成和潰滅而產(chǎn)生的破壞。19世紀(jì)后期，在使用蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳時(shí)，就在螺旋槳葉片處發(fā)現(xiàn)了空蝕現(xiàn)象。長(zhǎng)期以來，空蝕嚴(yán)重影響輪船螺旋槳、發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、閥門、水泵、水輪機(jī)過流部件、鉆井機(jī)械等的性能和使用壽命。目前，涉及空蝕磨損的領(lǐng)域除了船舶、水工、機(jī)械和化工外，還拓展到發(fā)電、原子能、宇航甚至生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。由于空蝕磨損而導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備效率下降，甚至危及設(shè)備的正常運(yùn)行，造成十分驚人的能源和材料損失。

鈦及鈦合金具有比強(qiáng)度高，耐腐蝕強(qiáng)、耐高溫性能好等優(yōu)異的力學(xué)和物理化學(xué)性能，是新興的結(jié)構(gòu)和功能材料，已被廣泛應(yīng)用于水翼船等船舶與海洋工程領(lǐng)域。但是，鈦合金的普遍缺點(diǎn)就是硬度低、摩擦性能差。純鈦的硬度約150~200Hv，鈦合金通常不超過350Hv。這樣的硬度在很多情況下不能滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的要求，將會(huì)影響到其抗空蝕性能，限制其在水力機(jī)械中的應(yīng)用。因此，如何進(jìn)一步提高鈦及鈦合金的抗空蝕性能仍然是亟待解決的問題。在鈦合金表面進(jìn)行表面處理是行之有效的方法之一，通常采用的金屬表面處理技術(shù)及工藝包括拋光、電刷鍍、化學(xué)鍍復(fù)合鍍層、熱噴涂、激光表面強(qiáng)化、氣相沉積、等離子體滲氮、滲碳、滲硼及金屬修補(bǔ)膠和薄膜性保護(hù)技術(shù)等。雖然在各自領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，但都或多或少地存在著一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種離子注入改善TC4鈦合金抗空蝕性能的方法，該方法是一種新興的表面改性技術(shù)，工藝批量性、可靠性、重復(fù)性好。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種離子注入改善鈦合金抗空蝕性能的方法，按照下述步驟進(jìn)行：

將拋光好的鈦合金的試樣放入離子注入機(jī)內(nèi)，以高純鈮棒（純度大于等于99.99%）為離子注入源，進(jìn)行離子注入Nb元素，離子注入的加速電壓：40~70kv，束流密度為：4.8uA/cm²，靶室內(nèi)氣壓為：1×10^-3Pa，注入的離子劑量大于等于5×10¹⁶ions/cm²且小于等于4×10¹⁷ions/cm²（每平方厘米的原子數(shù)）。

所述鈦合金選用TC4鈦合金，其化學(xué)成分（重量比%）如下：