[发明专利]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

说明书

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、机械和化工外，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150~200Hv，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：40~70kv，束流密度为：4.8uA/cm²，靶室内气压为：1×10^-3Pa，注入的离子剂量大于等于5×10¹⁶ions/cm²且小于等于4×10¹⁷ions/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：