[发明专利]一种通过磁控溅射表面处理提高TC4钛合金的阻尼性能的方法

说明书

本发明公开了一种通过磁控溅射表面处理提高TC4钛合金的阻尼性能的技术，对TC4钛合金进行表面处理以提高阻尼性能,其特征在于,选用适当靶材在磁控溅射设备采用优选的溅射工艺参数在TC4样品上沉积表面膜,以改善TC4钛合金的阻尼性能。本发明通过磁控溅射技术在TC4合金表面形成一层厚度在纳米或微米数量级的薄膜。薄膜和基体之间的界面及界面附近的位错往往是薄膜材料中主要的阻尼源，振动时往往能够通过位错阻尼的机制耗散能量。将表面处理后的TC4合金与未处理的TC4合金的阻尼性能进行对比，TC4合金的阻尼系数为0.0034，通过磁控溅射表面处理技术可以有效地提高其阻尼系数，使TC4合金的阻尼性能提高3‑5倍。

技术领域

本发明属于金属表面处理功能材料，尤其是磁控溅射表面处理技术领域。

背景技术

TC4钛合金是一类具有中等力学强度的α+β两相钛合金，其α相和β相之间的转化温度在995℃左右，TC4钛合金各类性能均良好，具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度以及好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用，目前TC4钛合金是应用最广泛的钛合金；在航空航天领域中TC4在飞机的发动机的风扇、压气机盘以及其叶片的制造中均有广泛的使用，整个飞机舱体结构中极为关键的载重部件比如舱体机身的横梁、框架以及舱体中的接头等等均离不开TC4的使用，因此TC4的性能是和整个飞机在行驶过程中的安全是息息相关的。

TC4是一种两相合金，因此其阻尼机制应该为复相型的阻尼机制，即样品在载荷作用下发生振动变形时，基体α相由于强度高产生弹性变形，弥散相β相强度相对较低则产生塑性变形从而导致能量的耗散，从而产生阻尼效应；但由于在振动中β相强度虽然比α相相对低，但其强度实际上也是较高的，因此振动时无论是α相还是β相，两者的变形都不明显，对能量的耗散是较少，因此TC4具有钛合金普遍存在的阻尼性能较低的缺点；当机械构件受到外界的激励将产生振动和噪声，宽频带随机激励会引起结构的多振动峰效应，会造成电子器件仪器零件等失效失灵；因此在航空航天等等领域均存在着大大小小的由噪音以及振动所带来的问题，由卫星火箭等的失效事件数据来看，其中因为振动所带来的失效已达到了60％；比如很多飞机中常见的问题飞机尾罩裂纹萌生、机舱噪音等等，作为在航天航空中普遍使用的合金材料，如果其阻尼性能过低是不能满足日益严重的振动噪音问题的；因此TC4钛合金阻尼性能过低可能会直接造成飞机由于振动所产生的失事，通过材料各种改性手段改善TC4阻尼性能是降低其在服役过程中振动失效的必要研究。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是采用真空磁控溅射技术对TC4钛合金进行磁控溅射表面镀膜，获得的镀膜使原材料基体的阻尼性能得到改善。

本发明的目的是通过如下的手段实现的。

一种通过磁控溅射表面处理提高TC4钛合金的阻尼性能的方法，对TC4钛合金进行表面处理以提高阻尼性能；选用适当靶材在磁控溅射设备采用优选的溅射工艺参数在TC4样品上沉积表面膜，以改善TC4钛合金的阻尼性能；

所述磁控溅射镀膜采用直流溅射或射频溅射方式，相应的工艺参数为：

射频磁控：

工作气压0.4Pa；功率900×0.2—1000×0.2伏安；偏压200V；Ar流量18-20sccm；

直流磁控：

工作气压0.5Pa；功率175×0.5伏安；偏压60V；Ar流量18-20sccm。

进一步的，所述靶材可为金属、无机非金属氧化物以及金属化合物。

所述表面膜为单层膜或者复合膜层。