专利名称：一种基于离子注入表面改性提高tc4钛合金抗空蚀性能的方法
技术领域：
本发明涉及离子注入改性表面工程技术领域，更加具体地说，尤其涉及一种离子注入钛合金以改善其抗空蚀性能的技术。
背景技术：
空蚀磨损是在一定温度环境条件下，材料因液体介质局部压力变化致使空泡形成和溃灭而产生的破坏。19世纪后期，在使用蒸汽轮机驱动螺旋桨时，就在螺旋桨叶片处发现了空蚀现象。长期以来，空蚀严重影响轮船螺旋桨、发动机缸套、阀门、水泵、水轮机过流部件、钻井机械等的性能和使用寿命。目前，涉及空蚀磨损的领域除了船舶、水工、机械和化工夕卜，还拓展到发电、原子能、宇航甚至生物和医学等领域。由于空蚀磨损而导致机械设备效率下降，甚至危及设备的正常运行，造成十分惊人的能源和材料损失。钛及钛合金具有比强度高，耐腐蚀强、耐高温性能好等优异的力学和物理化学性能，是新兴的结构和功能材料，已被广泛应用于水翼船等船舶与海洋工程领域。但是，钛合金的普遍缺点就是硬度低、摩擦性能差。纯钛的硬度约15(Γ200Ην，钛合金通常不超过350Hv。这样的硬度在很多情况下不能满足实际生产应用的要求，将会影响到其抗空蚀性能，限制其在水力机械中的应用。因此，如何进一步提高钛及钛合金的抗空蚀性能仍然是亟待解决的问题。在钛合金表面进行表面处理是行之有效的方法之一，通常采用的金属表面处理技术及工艺包括抛光、电刷镀、化学镀复合镀层、热喷涂、激光表面强化、气相沉积、等离子体渗氮、渗碳、渗硼及金属修补胶和薄膜性保护技术等。虽然在各自领域发挥着重要作用，但都或多或少地存在着一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种离子注入改善TC4钛合金抗空蚀性能的方法，该方法是一种新兴的表面改性技术，工艺批量性、可靠性、重复性好。本发明通过下述技术方案予以实现一种离子注入改善钛合金抗空蚀性能的方法，按照下述步骤进行将抛光好的钛合金的试样放入离子注入机内，以高纯铌棒(纯度大于等于99. 99%)为离子注入源，进行离子注入Nb元素，离子注入的加速电压4(T70kv，束流密度为4. SuA/cm2,祀室内气压为1X IO^3Pa,注入的离子剂量大于等于5X 1016ions/cm2且小于等于4X 1017ions/cm2 (每平方厘米的原子数)。所述钛合金选用TC4钛合金，其化学成分(重量比％)如下
权利要求
1.一种基于离子注入表面改性提高钛合金抗空蚀性能的方法，其特征在于，将抛光好的钛合金的试样放入离子注入机内，以高纯铌棒为离子注入源，进行离子注入Nb元素，离子注入的加速电压4(T70kv，束流密度为4. 8uA/cm2，靶室内气压为1 X 10_3Pa，注入的离子剂量大于等于5X 1016ions/cm2且小于等于4X 1017ions/cm2。
2.根据权利要求I所述的一种基于离子注入表面改性提高钛合金抗空蚀性能的方法，其特征在于，所述钛合金为TC4钛合金。
3.根据权利要求I所述的一种基于离子注入表面改性提高钛合金抗空蚀性能的方法，其特征在于，所述高纯铌棒的纯度为大于等于99. 99%。
全文摘要
本发明公开了一种利用离子注入法提高TC4钛合金抗空蚀性能的方法，目的是提高TC4钛合金抗空蚀性能，拓展其在水力机械、船舶与海洋工程领域的应用。将抛光好的TC4钛合金的试样放入MEVVA源离子注入机内，以高纯铌棒为离子注入源，进行离子注入Nb元素。然后将注入Nb元素的TC4钛合金进行空蚀实验，测量其累积失重并观察空蚀后的表面形貌。结果表明，在TC4钛合金表面注入Nb元素后，累积失重量相较于原始试样均有所减少，抗空蚀性能有明显的提高。
文档编号C23C14/48GK102912309SQ201210442808
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者史烨婷, 崔振铎, 杨贤金, 朱胜利, 李朝阳 申请人:天津大学