氮离子注入两种新型钛合金的表面改性研究

【摘要】：钛及其合金,由于具有高比强度、低密度、很好的耐腐蚀性和生物相容性,因此在生物工程、航空航天及核反应堆领域得到了广泛的应用。但因其耐磨性较差,使其应用受到一定的限制。如何改善钛合金的表面性能,已成为广泛的研究热点。 氮化是钛合金表面硬度改性的常用方法,本文首先详细评述了国内钛合金的氮化方法及相关问题的研究进展,并在此基础上,使用N~+离子注入Ti-4Al一2V、Ti-2Al-2.5Zr表面,研究了其表面成分和结构的变化情况。 实验采用Ti-4Al-2V、Ti-2Al-2.5Zr两组合金样品,每组包括未注入、N~+离子注入剂量3×10~(17)cm~(-2)和8×10~(17)cm~(-2)三种样品。N~+离子能量75keV,在注入过程中样品温度控制在200℃以下。用XRD及XPS方法对样品成分进行分析,并对Ti-2Al-2.5Zr作显微硬度测试。 由XRD衍射谱表明,离子注入后有新相TiN和TiO_2生成。由XPS宽程扫描谱表明,注入后样品表面主要为Ti、C、N和O。对Ti_(2p)和N_(1s)的XPS窄程扫描谱也证明,离子注入后致使合金近表面形成了TiN和YiO_2,与XRD结果相符。对Ti-2Al-2.5Zr的显微硬度测试亦表明,N~+离子注入确实有效的改善了表面硬度,这与文献报道的相符。