钛合金硬度

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。

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.

1 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.

2 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4.9×10-2N，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