1、Ti6Al4V具有良好的力學(xué)性能,其比重小,比強(qiáng)度高,有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。但是,該合金硬度低,耐磨性能差,并且化學(xué)活性高。當(dāng)它與氧化性溶液(如雙氧水等)接觸后,由于合金的雙相結(jié)構(gòu)極易形成腐蝕原電池,加速氧化腐蝕過程,使零件過早的失效。因此,延長鈦合金在氧化性氛圍中的使用壽命,越來越受到人們的關(guān)注。本文采用等離子體浸沒離子注入(PIII)技術(shù),在Ti6Al4V合金表面制備一層改性層,用來提高該合金的抗氧化腐蝕性能。采用正交試驗(yàn)系統(tǒng)研究了注

2、入電壓、射頻功率、注入氣壓、注入時(shí)間、注入元素種類五個(gè)注入?yún)?shù)對改性后Ti6Al4V的機(jī)械性能、電化學(xué)腐蝕性能、抗氧化化性能的影響。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了氮?dú)庾⑷霔l件下,注入氣壓單參數(shù)變化對改性后Ti6Al4V性能的影響規(guī)律,以及氧氣注入條件下,注入時(shí)間單參數(shù)變化對改性后Ti6Al4V性能的影響規(guī)律。采用超小載荷顯微硬度計(jì)測量試樣改性后的顯微硬度值,結(jié)果表明經(jīng)過離子注入后試樣的顯微硬度均較基體提高。利用自制球盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測量試樣

3、的摩擦系數(shù),并且利用積分摩擦系數(shù)來表征材料的耐磨性能。采用電化學(xué)腐蝕測試儀測量改性層腐蝕極化曲線,根據(jù)塔菲爾(Tafel)外推法計(jì)算改性層的腐蝕電位、腐蝕電流,來表征改性層的電化學(xué)腐蝕性能。用精密天平稱量雙氧水浸泡10天前后的質(zhì)量,計(jì)算單位質(zhì)量損失率來表征材料抗氧化腐蝕性能,優(yōu)化后的試驗(yàn)結(jié)果證實(shí),注入后試樣質(zhì)量損失均比基體減小。掃描電子顯微鏡(SEM)觀察離子注入形貌、電化學(xué)腐蝕形貌、氧化腐蝕形貌,氧化腐蝕后觀察到晶界腐蝕、均勻腐蝕、均

4、勻腐蝕加孔蝕及孔蝕四種典型形貌。在上述分析的基礎(chǔ)上,提出了晶界缺陷密度和晶粒缺陷密度決定的腐蝕形貌判據(jù)。采用X射線光電子譜(XPS)分析浸泡氧化腐蝕前后試樣表面成分,表明注入后試樣表面形成化合物,氮注入后試樣形成了TiNx。氧注入試樣形成了TiO2,同時(shí)在注入試樣表面發(fā)現(xiàn)了三價(jià)的鈦原子,浸泡后試樣表面發(fā)現(xiàn)了Ti-OH化合物。在上述結(jié)果基礎(chǔ)上,提出了改性層氧化腐蝕的基本化學(xué)反應(yīng)過程。綜上所述,由于離子轟擊、輻照作用,給表面帶來了空位、位錯(cuò)