一種基於離子注入表面改性提高tc4鈦合金抗空蝕性能的方法

2023-07-14 15:43:46

專利名稱：一種基於離子注入表面改性提高tc4鈦合金抗空蝕性能的方法
技術領域：
本發明涉及離子注入改性表面工程技術領域，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。
背景技術：
空蝕磨損是在一定溫度環境條件下，材料因液體介質局部壓力變化致使空泡形成和潰滅而產生的破壞。19世紀後期，在使用蒸汽輪機驅動螺旋槳時，就在螺旋槳葉片處發現了空蝕現象。長期以來，空蝕嚴重影響輪船螺旋槳、發動機缸套、閥門、水泵、水輪機過流部件、鑽井機械等的性能和使用壽命。目前，涉及空蝕磨損的領域除了船舶、水工、機械和化工夕卜，還拓展到發電、原子能、宇航甚至生物和醫學等領域。由於空蝕磨損而導致機械設備效率下降，甚至危及設備的正常運行，造成十分驚人的能源和材料損失。鈦及鈦合金具有比強度高，耐腐蝕強、耐高溫性能好等優異的力學和物理化學性能，是新興的結構和功能材料，已被廣泛應用於水翼船等船舶與海洋工程領域。但是，鈦合金的普遍缺點就是硬度低、摩擦性能差。純鈦的硬度約15(Γ200Ην，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際生產應用的要求，將會影響到其抗空蝕性能，限制其在水力機械中的應用。因此，如何進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。在鈦合金表面進行表面處理是行之有效的方法之一，通常採用的金屬表面處理技術及工藝包括拋光、電刷鍍、化學鍍複合鍍層、熱噴塗、雷射表面強化、氣相沉積、等離子體滲氮、滲碳、滲硼及金屬修補膠和薄膜性保護技術等。雖然在各自領域發揮著重要作用，但都或多或少地存在著一定的局限性。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，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，工藝批量性、可靠性、重複性好。本發明通過下述技術方案予以實現一種離子注入改善鈦合金抗空蝕性能的方法，按照下述步驟進行將拋光好的鈦合金的試樣放入離子注入機內，以高純鈮棒(純度大於等於99. 99%)為離子注入源，進行離子注入Nb元素，離子注入的加速電壓4(T70kv，束流密度為4. SuA/cm2,祀室內氣壓為1X IO^3Pa,注入的離子劑量大於等於5X 1016ions/cm2且小於等於4X 1017ions/cm2 (每平方釐米的原子數)。所述鈦合金選用TC4鈦合金，其化學成分(重量比％)如下
權利要求
1.一種基於離子注入表面改性提高鈦合金抗空蝕性能的方法，其特徵在於，將拋光好的鈦合金的試樣放入離子注入機內，以高純鈮棒為離子注入源，進行離子注入Nb元素，離子注入的加速電壓4(T70kv，束流密度為4. 8uA/cm2，靶室內氣壓為1 X 10_3Pa，注入的離子劑量大於等於5X 1016ions/cm2且小於等於4X 1017ions/cm2。
2.根據權利要求I所述的一種基於離子注入表面改性提高鈦合金抗空蝕性能的方法，其特徵在於，所述鈦合金為TC4鈦合金。
3.根據權利要求I所述的一種基於離子注入表面改性提高鈦合金抗空蝕性能的方法，其特徵在於，所述高純鈮棒的純度為大於等於99. 99%。
全文摘要
本發明公開了一種利用離子注入法提高TC4鈦合金抗空蝕性能的方法，目的是提高TC4鈦合金抗空蝕性能，拓展其在水力機械、船舶與海洋工程領域的應用。將拋光好的TC4鈦合金的試樣放入MEVVA源離子注入機內，以高純鈮棒為離子注入源，進行離子注入Nb元素。然後將注入Nb元素的TC4鈦合金進行空蝕實驗，測量其累積失重並觀察空蝕後的表面形貌。結果表明，在TC4鈦合金表面注入Nb元素後，累積失重量相較於原始試樣均有所減少，抗空蝕性能有明顯的提高。
文檔編號C23C14/48GK102912309SQ201210442808
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月7日 優先權日2012年11月7日
發明者史燁婷, 崔振鐸, 楊賢金, 朱勝利, 李朝陽 申請人:天津大學