Ti6Al4V合金表面离子注入N+C,Ti+N和Ti+C性能研究（英文）

采用等离子体基离子注入的方法在Ti6Al4V合金表面分别注入N+C、Ti+N和Ti+C元素,注入剂量均为2×10~(17)ions/cm~2,N+C和Ti+N元素的注入负脉冲偏压为-50kV,Ti+C元素的注入电压分别为-20,-35和-50kV。通过X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对注入层进行了微观结构分析。结果表明:Ti+C注入层中存在TiC和Ti-O,Ti+N注入层中存在TiN和Ti-O键。采用纳米压痕仪和球盘磨损试验机对注入层的硬度和摩擦学性能进行了研究。结果表明:在相同注入电压下,Ti+C注入层的硬度最高,其次是Ti+N注入层,N+C注入层的硬度最低;Ti+C注入层的硬度随着注入电压的增大而增大,最大硬度为11.2 GPa。50kV注入层Ti+C具有最低的比磨损率,其值为6.7×10~(-5) mm~3/N·m,比磨损率较未处理Ti6Al4V基体下降了1个数量级以上,表现出优异的耐磨损性能。     

空气等离子体基注入Ti6Al4V合金摩擦学性能研究

采用空气等离子体基离子注入技术对Ti6Al4V合金进行了表面改性。注入负脉冲电压分别为10kV,30kV,50kV,注入剂量为0.6×1017ions/cm2。用X射线光电子能谱仪对注入层元素分布进行了分析,结果表明:改性层的外层为TiO2,外层与内层基体之间存在Ti2O3、TiO、TiN;采用球盘磨损试验机对注入层的摩擦学性能进行了研究。结果表明:随着注入电压的增加,摩擦因数减小,耐磨性能提高。且以50kV注空气最为显著,摩擦因数较基体降低了3倍多,磨损体积与比磨损率较基体均下降了1个数量级以上。注入层硬度比基材Ti6Al4V也有明显提高。     

Ag离子注入Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能研究

采用注入不同剂量5×1016, 1×1017, 5×1017和9×1017ions/cm2,加速电压30 kV对Ti6Al4V合金进行Ag离子注入表面改性。使用动电位极化曲线研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,利用小角掠射X射线衍射技术研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金表面物相组成,用X射线光电子能谱技术分析离子注入合金表面和腐蚀样品表面元素存在的化合态。结果表明,Ag离子注入提高了合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,腐蚀电流密度随Ag离子注入剂量的增加稍有变化。离子注入Ti6Al4V合金表面的氧化物腐蚀阻挡层、离子注入表面合金层和表面生成的Ag和TiAg有利于合金抗Hank’s溶液腐蚀性能的改善     

Ti6Al4V合金表面Ti(C,N)改性层的摩擦性能

利用双层辉光等离子表面冶金技术,以石墨为源极,Ti6Al4V为阴极,一定比例的氮气和氩气为载气,在其表面形成Ti(C,N)改性层。观察分析了改性层的成分、显微组织及相结构,评价了其纳米硬度和室温干滑动磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:改性层主要组成相为Ti(C0.3N0.7);碳、氮元素分布由表及里呈梯度分布;改性层纳米硬度高达41 GPa,较基体明显提高;在室温干摩擦磨损条件下,改性层与基体相比,摩擦因数由0.45降低到0.28,比磨损率也大大下降,表现出优异的耐磨减摩性能。     

温度对离子注入Ti6A14V表面改性影响

对Ti6Al4V 合金进行温度范围从100 ℃到600 ℃,注入剂量为:4×1017ions.cm-2氮离子等离子体源离子注入(N-PSII)。用俄歇电子能谱仪(AES)对注入样品进行元素深度分布剖面分析。用显微硬度及针盘磨损试验机测试表面改性的效果。利用X 射线衍射(XRD)分析表面改性层晶相的变化。用光学显微镜观察磨痕宽度。分析发现,当温度从 100 ℃升到600 ℃时,注入层厚度明显增加。其中,高温注入时获得较高的表面硬度和较好抗磨损性。XRD分析发现,随温度升高注入层表面形成TiN和Ti2N析出相。     

Ti6Al4V合金等离子体基氧离子注入层的层状结构

采用等离子体基氧离子注入技术对Ti6Al4V合金进行表面改性。注入负脉冲电压分别为10、20、30、40、50kV，注入剂量为0．6×10^17ions／cm^2。用XPS分析了注氧层中元素的分布和化学态。结果显示，注入电压增加，氧的浓度深度分布增加。注入氧元素的浓度深度分布曲线不同于束线式注入氧元素的类高斯分布，表面氧浓度最大，随着深度的增加出现一个略倾斜的氧浓度平台，该平台的宽度随注入电压增加而增加。氧离子注入引起基体元素Ti、Al、V的浓深分布发生变化，近表面区域Ti的原子百分含量减少，Al的含量增高，而V未检测到。并且随着注入电压的增加，近表面区域富集Al的浓度明显增加，富Al贫V的区域也明显加大。注入样品的改性层具有相似的层状结构，由表及里依次为表面污染层、TiO2和Al2O3组成薄的外层、内层在改性层中占的比例最大，由TiO2、Ti2O3、TiO、Ti、Al、Al2O3．V和VO组成。     

Ti6A14V合金等离子体基氧离子注入层的层状结构

采用等离子体基氧离子注入技术对Ti6A14V合金进行表面改性.注入负脉冲电压分别为10、20、30、40、50kV,注入剂量为0.6×1017 ions/cm2.用XPS分析了注氧层中元素的分布和化学态.结果显示,注入电压增加,氧的浓度深度分布增加.注入氧元素的浓度深度分布曲线不同于束线式注入氧元素的类高斯分布,表面氧浓度最大,随着深度的增加出现一个略倾斜的氧浓度平台,该平台的宽度随注入电压增加而增加.氧离子注入引起基体元素Ti、Al、V的浓深分布发生变化,近表面区域Ti的原子百分含量减少,Al的含量增高,而V未检测到.并且随着注入电压的增加,近表面区域富集Al的浓度明显增加,富Al贫V的区域也明显加大.注入样品的改性层具有相似的层状结构,由表及里依次为表面污染层、TiO2和Al2O3组成薄的外层、内层在改性层中占的比例最大,由TiO2、Ti2O3、TiO、Ti、Al、Al2O3,V和VO组成.     

QBe1.9铜合金表面等离子Ti+N共渗合金层的摩擦磨损性能研究

对QBe1.9铜合金进行双辉等离子Ti+N共渗,在其表面制备富TiN合金层以改善该铜合金的摩擦磨损性能。采用扫描电镜、辉光放电光谱仪和X射线衍射仪等分析了Ti+N共渗合金层的组织、成分及相结构,对该合金层的硬度进行分析,并利用往复球盘摩擦磨损试验机研究了QBe1.9基材及其Ti+N共渗后的摩擦磨损性能。结果表明:经过Ti+N共渗,QBe1.9合金表面形成了厚度约15μm的富TiN合金层。QBe1.9合金经Ti+N共渗后其表面硬度达486HV,与基材相比有明显提高;其摩擦系数和磨损率与未处理基材相比均有明显降低,达到了良好的减摩耐磨效果。表面高硬富TiN合金层的形成是Ti+N共渗处理改善QBe1.9铜合金表面性能的主要原因。     

Ti(C,N)复合膜和TiN/Ti(C,N)多层膜组织和显微硬度

采用非平衡反应磁控溅射的方法在Si(100)基片上沉积Ti(C,N)复合膜和不同调制周期、调制比的TiN/Ti(C,N)纳米多层薄膜。薄膜的微观结构和力学性能采用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计进行表征。结果表明,Ti(C,N)复合膜的微观结构和力学性能与掺入C的含量有关;TiN/Ti(C,N)纳米多层膜的微观结构和力学性能与调制周期和调制比有关,其显微硬度在一定的调制周期和调制比范围内出现了超硬现象。Ti(C,N)、TiN/Ti(C,N)均为δ-NaCl面心立方结构;Ti(C,N)复合膜显微硬度提高是因为固溶强化,TiN/Ti(C,N)纳米多层膜硬度的提高主要是共格外延生长在界面处产生的交变应力场。     

氮离子注入生物医用金属材料的表面性能研究

采用D/MAX-ⅢB型X射线衍射仪、X射线能谱仪、S-3000N型扫描电镜、HXD-1000TML/LCD数字式显微硬度计、CETR微观多功能磨损实验机和CHI660A电化学工作站对经N离子注入的316L奥氏体不锈钢和Ti6Al4V合金的组织、硬度、耐磨性和耐蚀性进行了研究。结果表明,316L奥氏体不锈钢和Ti6Al4V合金经离子注入后,注入层硬度提高,摩擦系数降低,耐磨性提高,抗腐蚀性增强;且离子注入后Ti6Al4V合金的综合性能明显优于316L不锈钢,钛合金注入N离子的剂量为3.4×1017ions/cm2时,注入层的硬度、耐磨性和耐蚀性综合性能最好。     

N / Ti / Al 离子注入 304 不锈钢的耐磨性

目的研究N,Ti,Al离子注入对304不锈钢耐磨性的影响规律,为304不锈钢材料的改良提供参考。方法采用等离子注入技术,在不同剂量下对304不锈钢分别进行N,Ti,Al离子注入,对离子注入后的试样进行表面微观形貌观测、表面硬度测试、摩擦磨损性能测试,并与304不锈钢基材进行对比。结果 304不锈钢经3种离子注入后,均能获得平整、致密,没有裂纹,具有一定光洁度的表面组织,但是注入剂量增大会引起表面起泡现象,形成多孔形貌,光洁度降低。此外,3种离子注入均能提高304不锈钢的表面硬度,且高剂量注入试样的硬度比低剂量注入试样更高,相较而言,N离子注入使表面硬度的提高更明显。相比未注入基材,注N与注Ti表面层的摩擦系数均变小,注Al表面层的摩擦系数反而变大,但磨损量都明显降低。高剂量注N、注Al试样的耐磨性均高于低剂量注入试样,而高剂量注Ti试样的耐磨性低于低剂量注入试样,但仍好于注N、注Al试样。结论在相同实验条件与注入工艺下,N离子注入对表面硬度提高最显著(剂量为5.0×1017ions/cm2),约提高41%;Ti离子注入对耐磨性提高最显著(剂量为3.0×1017ions/cm2),约提高6倍。     

COMPARISON OF SURFACE PROPERTIES OF Ti-6Al-4V COATED WITH TITANIUM NITRIDE, TiN+TiC+Ti(C,N)/DLC, TiN/DLC AND TiC/DLC FILMS BY PLASMA-BASED ION IMPLANTATION

1. IlltroductionThe high yield strength and toughness, moderate modules, low density, good corrosionresistance and exceptional biocompatibility of Ti-6Al--4V alloy have made it increasinglypopular in industrial and medical application. But the alloy does not have enough wearresistance, and so is restricted in surface, particularly tribological applications to a certain e.tent[1--2]. It has been demonstrated that plasma-based ion implalltation (PBll), anew cost-effective technique for improvi…     

Composition and Structure of Ti-6Al-4V Alloy Plasma-based Ion Implanted with Nitrogen

1 ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰｏｏｒｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｌａｔｅｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｈａｖｅｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｔｈｅｆｕｒ ｔｈｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＴｉ 6Ａｌ 4Ｖａｌｌｏｙｕｓｅｄｉｎａｖｉａｔｉｏｎａｎｄｓｐａｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｓｔｒｕｃ ｔｕｒａｌｐａｒｔｓａｎｄｉｎｍｅｄｉｃａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｏｔａｌｊｏｉｎｔｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｄｕｅｔｏｉｔｓｕｎｉｑｕｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｄｅｓｉｒａｂ…     

THE IMPROVEMENT IN FRICTION AND WEAR RESISTANCE FOR Ta and Ta+C IMPLANTED Cr12 STEEL

1.IntroductionDuringthepasttwodecadestherehasbeensignificalltprogressinthefieldofsurfacetreatmentforreducingwearincoolextrusiondiesteel.Metalionimplantationhasseveraldistinctadvantagesoverothertechniquesforthesurfacemodificationofmaterials.FOrmodifyingwearresistancesofmetals,thesignificanteffectsusuallyinvolvehighdoseionimplantation.Themajorlimitationofimplantationwithmetallicionshasbeenthelongprocessingtimeduetosmallbeamcurrefltofconventionalimplanters.Metalvaporvacuumarc(MEVVA)ionsourceca…     

Friction and wear properties of N+ ion implanted nylon 1010

The PA1010 was implanted with 450 keV N ions to three doses of 5× 1014 cm-2 , 2.5× 1015 cm-2 and 1.25 × 1016 cm-2. The friction and wear behaviors of the ion implanted PA1010 disks rubbing with two ceramic (ZrO2 and Si3N4) balls were studied using a pin-on-disk tribometer under dry friction. The results shows that the wear resistance of PA1010 is increased with the increasing implantation doses. The adhesion, plastic deformation and plow groove are wearing mechanisms for un-implanted PA1010, while abrasive wear for implanted PA1010.     

钛合金表面激光熔覆Ti/Ni+Si3N4/ZrO2复合涂层组织与性能研究

目的 提高TA15合金的表面硬度,改善其耐磨性能.方法 以Ti/Ni+Si3 N4/ZrO2混合粉末为原料,利用激光熔覆技术,在TA15钛合金表面制备出以ZrO2颗粒和原位生成Ti5 Si3、TiN为增强相,以金属化合物TiNi、Ti2 Ni为基体的复合涂层.采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等手段分析激光熔覆涂层的显微组织及磨损表面,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行评估.结果 熔覆层与基体形成了良好的冶金结合,熔覆层组织中TiNi和Ti2 Ni金属化合物基体上弥散分布着Ti5 Si3、TiN树枝晶和ZrO2颗粒;与不含ZrO2熔覆层相比,含有ZrO2熔覆层组织的晶粒得到细化;熔覆层中原位生成的TiN桥接在裂纹上,具有增韧的作用;熔覆层的显微硬度分布在835~1050 HV区间内,约为基体硬度的3倍左右;在干滑动摩擦磨损下,熔覆层的磨损量约为钛合金基体磨损量的1/6,其主要磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损.结论 熔覆层中高硬度、耐磨陶瓷相和高韧性相的共同配合,显著提高了钛合金表面的硬度和耐磨性.     

Ti(C,N)基金属陶瓷的芯-壳显微结构与性能研究

以TiC、TiN为原料,Ni、Co为粘结剂,WC、Mo2C、TaC、C、Cr3C2为添加剂,采用真空热压烧结工艺制备Ti(C,N)基金属陶瓷材料。借助于SEM、EDS和XRD分别分析其显微结构、组成和物相,并测试其性能。结果表明:按配方(质量分数,%):TiC:41.2,TiN:10,Ni:7,Co:7,Mo2C:12,WC:15,TaC:6,Cr2C3:0.8,C:1配料,在1450℃,30MPa热压制得的试样晶粒细小,具有完整的芯-壳显微结构。其主要性能为:相对密度99.12%,维氏硬度22.74GPa,断裂韧性10.1MPa·m1/2,抗弯强度1192.83MPa。     

铝质基体上Ti(C,N)/TiN多元多层膜工艺参数研究

首先在大范围内调节负偏压和基体温度两个参数，实现在铝质材料基体上沉积与基体结合良好的TiN膜，在此基础上通过调节N2、C2H2工作气氛流量比及Ti(C，N)、TiN膜层的层数，沉积了3类不同的膜，并对其力学与摩擦学性能进行了考察。结果表明：在(N2 C2H2)总流量一定的情况下，C2H2流量增大，则使Ti(C，N)膜层中含C量增多，膜层硬度提高，但韧性变差，表面变粗糙；在总厚基本不变的情况下，层数增多，单层变薄，使膜材晶粒细化，硬度提高，韧性变好。在3类膜中，1#膜C2H2流量适当且膜层数最多(6层)，其摩擦学性能表现最好，临界荷载为76N，显徼硬度为1911HV0.1，与基体相比，耐磨性提高了10倍多。     

原始粉末粒度组合对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金方法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了TiC和TiN在不同粒度组合下,Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能。利用SEM、XRD等分析手段对所制备的金属陶瓷进行分析。结果表明,采用微米级TiC和纳米级TiN粒度组合得到的Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能最好。其抗弯强度达到了1 052.8 MPa,断裂韧性达到了9.3 MPa·m1/2。