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(shí)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(jìn)行表面改性，試驗(yàn)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(dòng)摩擦系數(shù)，有效地提高了耐磨性.為探明其改性機(jī)理，對(duì)注入與未注入樣品進(jìn)行了X射線光電子能譜(XPS)分析，獲得滿意的結(jié)果.

試件制備及注入條件

1.1 試件制備

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.

1.2 離子注入條件

兩種鈦合金都分別采用兩種注入方案：

① 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(shí)用(N+ +N+2)進(jìn)行動(dòng)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；

② 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(cè)量

用HXD-1000數(shù)字式顯微硬度計(jì)測(cè)量了注入與未注入試件的顯微硬度，測(cè)量載荷為4.9×10-2N，測(cè)量結(jié)果列于表1.

表1 顯微硬度測(cè)量結(jié)果

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

從表1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. 

●TC4 熱膨脹系數(shù)：

TC4鈦合金具有優(yōu)良的耐蝕性、小的密度、高的比強(qiáng)度及較好的韌性和焊接性等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、石油化工、造船、汽車，醫(yī)藥等部門都得到成功的應(yīng)用。

●TC4鈦合金力學(xué)性能：

抗拉強(qiáng)度σb/MPa≥895,規(guī)定殘余伸長應(yīng)力σr0.2/MPa≥825,伸長率δ5(%)≥10,斷面收縮率ψ(%)≥25

●TC4鈦合金密度:

4.5（g/cm3）工作溫度-100～550（℃）

●TC4鈦合金化學(xué)成分:

TC4含鈦(Ti) 余量,

鐵(Fe)≤0.30,

碳(C)≤0.10,

氮(N)≤0.05,

氫(H)≤0.015,

氧(O)≤0.20,

鋁(Al)5.5～6.8,

釩(V)3.5～4.5