离子注入对Ti合金疲劳行为的影响

研究了碳、硼离子注入对Ti-6Al-4V合金应力控制疲劳行为的影响。研究发现:注入C~+和B~+可分别使合金的疲劳极限提高28％和12％。高能C~+和B~+离子辐射,使合金的注入表面受到极度损伤并且在注入层中形成了许多细小的第二相沉淀粒子。使用透射电镜(TEM)和二次离子质谱(SIMS)研究了疲劳前后注入表面的结构变化。根据表面层微观分析的结果,分析疲劳寿命得到改善的原因。     

单晶Ni—6.0Al—6.5Ta—8.5Mo—6.5Cr合金的高温氧化及其氧化物分布特征

对单晶Ni-6.0Al-6.5Ta-8.5Mo-6.5Cr合金高温氧化后的组织结构进行了SEM观察,并用EDAX和X射线衍射对其氧化物进行分析,研究了合金氧化物的分布特征及其对持久性能的影响。结果表明：在大气环境的服股条件下无保护涂层合金的表层、次表层发生明显的氧化、内氧化现象;在氧化初期形成以Al为主的氧化物,在近表层处形成以Cr,Al和Ta为主的氧化物,在次表层形成的大颗粒内氧化物为α-Al2O3,Mo不参与合金的内、外氧化,近内氧化物处出现贫Al区,致使区为γ强化相消失;有保护涂层的单晶合金高温氧化后,贫Al区尺寸减小,区内无大尺寸内氧化物,因此使合金的持久性能明显提高。     

La~+,Mo~+注入TC4合金表面粗糙度变化研究

利用MEVVA离子注入技术对TC4合金进行了表面处理 ,测量了TC4合金经不同剂量的La+和Mo+注入后表面粗糙度的变化。结果表明 ,离子注入使表面粗糙度的高度特性参数值普遍下降 ,随着注入剂量增加 ,各参数值下降更明显 ,Mo+注入效果要略优于La+的效果。表面形貌得到优化。分析了离子注入对表面粗糙度的影响规律 ,并利用溅射理论给出了物理解释     

Ni,Mn对Al—Si—Cu—Mg系合金磨损失效机制的影响

采用快速磨损试验机进行耐磨性试验,并通过微区成分分析,图像分析、光学显微镜及扫描电镜分析探讨了Ni,Mn对Al-Si-Cu-Mg系合金组织及二体磨损条件下磨损失效机制的影响,在二体干摩擦条件下,Al-Si-Cu-Mg系合金的磨损失效机制为犁削磨损和表层剥落磨损,添加合金元素Ni后,组织中出现Al34Cu28Ni38化合物,磨损失效以表层剥落为主;添加合金元素Mn后,组织又出现了Al50Si4Cu9Ni26Mn5化合物,磨损失效以犁削磨损为主。     

碳离子注入对Ti—6Al—4V合金疲劳寿命的改善

3×10~(17)Cion/cm~2在80keV的能量下注入到Ti-6Al-4V合金中。在应力控制的拉-零试验条件下,发现C~+注入试样的疲劳极限提高了28%。利用扫描电镜、透射电镜和二次离子质谱等研究了试样在注入前后和疲劳前后的表面层微观组织与结构以及注入元素沿表面层深的浓度分布。结果表明,注入层的微观组织中含有大量的辐照损伤并有许多细小的TiC相颗粒;注入与未注入试样的裂纹源在低应力疲劳中出现在亚表面区;注入元素在循环载荷作用下向基体中扩散。     

双相结构功能梯度WC-Co合金的微观组织结构与小负荷维氏硬度

用光学显微镜观察了采用两步法工艺制备的双相结构功能梯度WC-Co硬质合金的微观组织结构，并测量了其小负荷维氏硬度。结果表明：合金芯部的η相呈点状弥散分布于硬质相WC颗粒之间和硬质相WC颗粒与Co粘结相之间；在3相区，由于超细η相的存在，WC晶粒大部分已失去其多角特征，出现晶粒圆化现象；DP合金前驱体在后续渗碳处理过程中，合金表层的部分Co在碳势差的作用下向合金内部发生迁移，使合金中间过渡层及其附近区域中Co粘结相呈现梯度变化；合金表层与合金中间过渡层在由原来的3相组织变为两相组织的同时，合金中细小的WC晶粒明显减少。WC晶粒的均匀度明显增加；合金截面的小负荷维氏硬度出现由高变低再由低变高的规律性变化，与合金内部微观组织结构的变化相对应。     

Ni—P非晶合金注入Cr^＋层的电化学行为

近来离子注入已被广泛地用于改善金属与合金表面层的性能。本试验采用离子注入技术将三种剂量(1,3,5×10~(17)Cr/Cm~2)的铬离子,在150kev,注入到电沉积非晶态 Ni-P 合金中。真空室中残余气体中的 C 通过吸咐-扩散进入注入层,从而形成表面非晶态 Ni-Cr-P-C 合金。采用阳极极化研究了该表层非晶态合金在1 M H~2SO_4。及1 M HCl 中的活化-钝化行为与耐点蚀的能力。     

锶、钛对稀土改性压铸AZ91合金组织与性能的影响

研究了微量Sr、Ti对压铸AZ91合金微观组织与性能的影响。结果发现,与AZ91镁合金相比,添加稀土后,合金的强度提升、塑性下降。进一步添加Sr后,合金因组织细化而使塑性提升,但强度及耐腐蚀性降低。进一步添加Ti元素,则抑制了Sr元素的不利影响,并使合金保持良好的塑性。通过多元微合金化的方法使AZ91+RE+Sr+Ti合金达到最佳的综合性能。微观组织随组分添加而发生演变是材料性能变化的主要原因。     

激光表面熔凝处理对共晶铝硅合金疲劳裂纹扩展的影响

研究了共晶铝硅合金在激光表面熔凝处理后的显微组织变化及激光表面熔凝处理对合金疲劳裂纹扩展的影响.结果表明,激光表面熔凝处理使试验合金的表层微观组织发生显著变化,熔凝层中的初生α-Al枝晶相和共晶Si相均有明显细化,熔凝层的硬度显著提高;在应力比R为0.1和0.5的试验条件下,激光表面熔凝处理能显著提高共晶铝硅合金的疲劳裂纹扩展抗力.     

Fe-Al-Cr合金在含锌蒸汽的低氧压中预氧化后的表面形貌

在900、950和1 000℃含Zn蒸汽的低氧压下对4种Fe-Al-Cr合金进行了预氧化实验,时间为1~5 h。Zn/Zn O粉末加热后提供的氧压在10-21~10-18 MPa之间。结果表明:经1 000℃预氧化1 h,Fe-1.2Al-2Cr合金表面的组织是Zn M2O4(M∶Al+Cr)+Zn O+α-Fe,Fe-2Al-3Cr及Fe-3Al-4Cr合金的表面组织是Zn M2O4+α-Fe,Fe-3Al-6Cr合金的组织是Zn M2O4+M2O3。合金中随Al、Cr元素少量的增加,表面氧化物增加,其中的Al含量快速增加;表面褶皱程度降低,突出的α-Fe相数量减少,向圆粒状转变。延长预氧化时间与提高预氧化温度都可以使表层的α-Fe相减少,氧化物面积增加。Zn在试样表面分布均匀,会渗入α-Fe相,会与表层的铝铬氧化物反应生成Zn M2O4相。     

Effects of surface alloying on electrochemical corrosion behavior of oxygen-plasma-modified biomedical magnesium alloy

Mg–3Nd–0.2Zn–0.4Zr alloy with good mechanical properties is a new type of biodegradable magnesium alloy. In order to improve the surface stability in the initial healing stage and foster tissue growth on biomedical implants made of this Mg alloy, oxygen plasma immersion ion implantation (O-PIII) is conducted to modify the alloy surface. Although O-PIII increases the thickness of the surface oxide, no significant improvement in the surface corrosion resistance is observed. Hence, surface alloying with Al and Cr by means of high-energy ion implantation is conducted prior to O-PIII. The electrochemical data obtained in simulated body fluids, including polarization curves and electrochemical impedance spectra (EIS), reveal that the surface corrosion resistance is improved after surface alloying. Our results show that surface alloying with Cr produces the best result in this study. The improvement stems from the formation of Al or Cr-containing oxide films in the implanted layer.     

钛合金空蚀损伤及防护的研究进展

钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好等优势,被广泛应用于诸多工程领域。由于钛合金存在表面硬度低、耐磨性差等缺点,导致其在过流部件中容易发生空蚀损伤,会降低钛合金构件的使用寿命,因此针对钛合金空蚀损伤行为及其防护措施的研究显得极为重要。概述了空蚀现象的作用机理和理论模型,详细介绍了材料自身的力学性能、表面状态、介质类型和溶液温度等对钛合金空蚀行为的影响,着重讨论了针对钛合金空蚀损伤的多种应对措施,如热处理、激光纹理加工、激光气体氮化、化学热处理、离子注入、添加缓蚀剂等技术,总结了相应方法提高钛合金抗空蚀性能的具体原因。其中,热处理技术通过改变钛合金自身的显微组织来提高其抗空蚀性能;激光气体氮化工艺可在钛合金表面形成硬质TiN相,以抵御空泡溃灭时的冲击;化学热处理技术在钛合金表面生成了致密的陶瓷层+固溶扩散层,缓解了空泡的溃灭能,延长了空蚀的孕育期;离子注入技术依靠注入离子在钛合金材料表面产生固溶强化、位错增值强化等效果,降低其空蚀损伤。最后对钛合金空蚀及防护研究的发展方向提出了展望。     

Applications of combined ion implantation for improved tribological performance

Ion implantation set-up on the base of ion gun with target sputtering by Penning discharge plasma was created. The set-up allows to conduct implantation of ions of various materials with an implantation current of 100 μA/cm² at acceleration voltage of up to 30 kV. Combined implantation of TiB₂ compound and Argon or Nitrogen were applied for surface properties modification of WC-Co hard alloy and SKD11 steel. The effect of implantation on mechanical and tribological properties has been studied and discussed with respect to implantation fluence. It was shown that the main effect of implantation is the modification of thin surface layer with formation of Ti, B, N₂ — base compounds, which leads to modification of surface adhesion interaction and wear resistance improvement. Examples of application to real products are presented.     

Electrochemical behavior of the Ti6Al4V alloy implanted by nitrogen PIII

Plasma surface treatments have been used very often to enhance the surface properties of metallic materials. In this work, Ti6Al4V titanium alloy was treated by nitrogen plasma immersion ion implantation (NPIII) in order to obtain improvements in its surface properties, such as corrosion resistance evaluated here. The microstructure and corrosion behavior of the implanted and unimplanted samples were evaluated, using, XRD, GDOES and potentiodynamic polarization and impedance electrochemical spectroscopy tests in 0.6 M NaCl solution. It was verified that the NPIII created resistant layers to corrosive attacks. In corrosion tests by polarization, the implanted samples showed corrosion current density reduction of about 10 times compared to the Ti6Al4V alloy without treatment. Besides that, it was also observed a reduction of the passive current density of one order of the magnitude. In all the studied cases, the polarization curves were shifted to more positive values of potentials, indicating a lower tendency of these PIII treated surfaces to corrosion. The implantation process produced a thin TiN surface layer followed by Ti₂N and then a layer with nitrogen in solid solution, all detected by GDOES combined with X-ray diffraction. These layers promoted an excellent polarization resistance of the Ti6Al4V surfaces on impedance spectroscopy tests also. This better performance in these tests can be correlated with the formation of continuous nitride layer, which could retard chloride ions ingress into the substrate.     

稀土Y对ASISI430不锈钢抗高温氧化性能影响的研究

本工作通过离子注入的方式,在AISI430合金表面注入不同剂量的稀土Y进行改性,研究了不同剂量的稀土Y对合金高温抗氧化性的影响。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、光电子能谱仪（XPS）分析氧化膜的物相构成、微观组织形貌、稀土Y的化学形态,并通过VL200DX超高温激光共聚焦显微镜对氧化过程进行原位观察。结果表明：合金表面注入稀土Y剂量为6×1017ions/cm2具有最佳抗氧化性和抗剥落性,相比原始试样,单位面积增重量以及剥落量分别减少了43.7%, 78.4%。合金表面注入Y优先氧化为Y2O3,一方面促进氧化膜的形成,另一方面抑制了晶粒长大。此外,晶界处Y2O3阻碍了金属阳离子通过晶界向外扩散。重要地,部分Y取代了MnCr2O4尖晶石中Mn2+、Cr3+占位,产生空穴缺陷,缓解了氧化层内应力,减少裂纹和孔洞的产生,使氧化层与基体结合紧密。     

离子注入对LaFe11.6Si1.4合金的缓蚀及其机理研究

目的通过表面Cr离子注入在LaFe_(11.6)Si_(1.4)合金表面生成一层具有耐蚀作用的保护层,从而提高合金的耐腐蚀性能。方法采用表面离子注入法,分别在注入电压为20、30、40 k V,注入计量为5×10~(16)、10×10~(16)、50×10~(16) ions/cm~2的条件下注入Cr离子。利用扫描电子显微镜及X-射线衍仪对合金的表面形貌、组织结构及成分进行了分析,通过电化学方法对合金表面离子注入后的耐腐蚀性进行了研究。结果当Cr离子的注入电压为40 k V,注入剂量为5×10~(16)、1×10~(17)、5×10~(17) ions/cm~2时,合金的开路电位分别是-0.585、-0.584、-0.57V(vs.SCE)。当Cr离子的注入剂量为5×10~(17) ions/cm2,注入电压为20、30、40 k V时,合金的开路电位分别是-0.63、-0.61、-0.57 V(vs.SCE)。可以看到,随着Cr离子注入计量和注入电压的增加,合金表面的腐蚀电位正向移动,耐腐蚀性提高。结论 Cr离子注入能够显著提高合金的耐腐蚀性,分析认为主要是由于合金表面生成了一层具有耐腐蚀性能的Cr_2O_3钝化层。此外,由于注入离子的轰击导致表面La(Fe,Si)13相分解生成α-Fe,也提高了合金的电极电位,增强了耐腐蚀性。     

Ti6Al7Nb合金氮离子注入层在小牛血清溶液中的扭动微动摩擦磨损性能

利用高能离子注入及增强沉积系统对Ti6Al7Nb合金做了不同剂量的氮离子注入处理,采用球/平面接触模式,对Ti6Al7Nb合金及其离子注入层/ Zr2O球（直径为25.2 mm）接触副在小牛血清介质条件下进行了扭动微动磨损实验研究。结合动力学分析,借助X射线衍射仪（XRD）、三维形貌仪（3D-profiler）和扫描电镜（SEM）分析了测试材料成分及其扭动微动磨损磨痕形貌和微观组织结构, 探讨了Ti6Al7Nb合金及其离子注入层的扭动微动运行行为和损伤机制。结果表明：N+离子注入在钛合金表面形成了氮化钛层,使钛合金表面的微观硬度明显提高,随着注入剂量的增加,钛合金的硬度逐渐升高,磨痕逐渐变小,磨粒逐渐变细,其抗扭动微动磨损性能也提高     

氟离子注入对TiAlNb合金高温氧化性能的影响

采用等离子体氟离子注入,对TiAlNb合金基体进行了表面氟化处理,研究了不同注入剂量的试样在800 ℃和900 ℃下的高温氧化动力学行为.结果表明,氟离子注入可显著地改善钛铝合金的高温抗氧化性.X射线和扫描电镜对氧化层物相和组织结构分析结果表明,氟离子注入后的TiAlNb合金在高温氧化过程中生成了一层致密的Al2O3氧化阻挡层,该阻挡层能有效阻止氧向合金基体的扩散,从而大大提高合金的高温氧化抗力.     

NiTi合金激光熔凝处理及其生物腐蚀性能研究

目的 通过对NiTi合金表面进行激光熔凝处理,从而提高NiTi合金的耐腐蚀性能。方法 利用紫外激光器对NiTi合金进行表面熔凝处理,借助扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和X射线衍射仪(XRD)等技术手段,研究了激光熔凝处理前后NiTi合金的表面显微组织、成分和相结构。测试了激光熔凝处理前后NiTi合金表面与模拟体液(SBF)的接触角、熔凝层的显微硬度等表面性能。通过全浸腐蚀试验和电化学测试,研究了熔凝层在SBF溶液中的生物腐蚀性能,并分析了腐蚀机理。结果 NiTi合金经过激光熔凝处理后,在合金的表层形成了厚度为90~150 μm的熔凝层,熔凝层主要由TiO2、β相以及少量的TiO相组成。合金表面的平均显微硬度提高了153~279HV,合金的表面接触角增大,由亲水性转为疏水性。相较于未处理的样品,熔凝处理后的样品在SBF溶液中的腐蚀电位分别正移了435 mV和413 mV,腐蚀电流密度分别下降了83%、62%左右。熔凝处理后的样品在SBF溶液浸泡168 h后,SBF溶液中的Ni²⁺浓度下降了约1/3。结论 以适当的激光加工参数对NiTi合金进行激光熔凝处理,可在NiTi合金表面形成致密的氧化膜,这层氧化膜和熔凝层可以有效地抑制NiTi合金在SBF溶液中的点腐蚀行为。