鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右，僅為鋼的60%，純鈦的強(qiáng)度才接近普通鋼的強(qiáng)度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過(guò)了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。

　　鈦合金TC4材料的組成為T(mén)i-6Al-4V，屬于(a+b)型鈦合金，具有良好的綜合力學(xué)機(jī)械性能。

　　比強(qiáng)度大。 TC4的強(qiáng)度sb=1,012MPa，密度g=4.4×103，比強(qiáng)度sb/g=23.5，而合金鋼的比強(qiáng)度sb/g小于18。

　　鈦合金熱導(dǎo)率低。 鈦合金的熱導(dǎo)率為鐵的1/5、鋁的1/10，TC4的熱導(dǎo)率l=7.955W/m·K。

　　鈦合金的彈性模量較低。 TC4的彈性模量E=110GPa，約為鋼的1/2，故鈦合金加工時(shí)容易產(chǎn)生變形。

　　TC4(Ti-6Al-4V)和TA7(Ti-5Al-2.5Sn)鈦合金，采用兩種注入方案進(jìn)行表面改性，試驗(yàn)表明，鈦合金經(jīng)離子注入后，提高了顯微硬度，顯著地降低了滑動(dòng)摩擦系數(shù)，有效地提高了耐磨性.為探明其改性機(jī)理，對(duì)注入與未注入樣品進(jìn)行了X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)分析，獲得滿(mǎn)意的結(jié)果.　　選航空用的TC4、TA7鈦合金，試件制成圓盤(pán)狀，尺寸為?40×5mm，所有試件表面均拋光至鏡面.

　　兩種鈦合金都分別采用兩種注入方案：

　　① 在TC4及TA7鈦合金試件上濺射鍍Ti，Ti膜總厚度為540nm(5400A).在鍍Ti膜過(guò)程中，同時(shí)用(N+ +N+2)進(jìn)行動(dòng)態(tài)反沖注入，束流能量為50keV，束流密度為45μA/cm2，劑量為7×1017/cm2，靶室真空度為1.33×10-2Pa;

　　② 在①的基礎(chǔ)上，再注入C+，束流能量為40keV，劑量為3×1017/cm2.

　　硬度測(cè)量

　　用HXD-1000數(shù)字式顯微硬度計(jì)測(cè)量了注入與未注入試件的顯微硬度，測(cè)量載荷為4.9×10-2N，測(cè)量結(jié)果列于表1.

　　材料 表面狀態(tài) 顯微硬度/MPa 硬度提高倍數(shù)

　　未注入 2690 0

　　TC4 注入(N+ +N+2) 6399 1.38

　　注入(N+ +N+2)+C+ 3436 0.28

　　未注入 3133 0

　　TA7 注入(N+ +N+2) 4276 0.36

　　注入(N+ +N+2)+C+ 4073 0.30

　　從以上看出，離子注入后，試件的顯微硬度都有不同程度的提高，其中TC4鈦合金注入(N+ +N+2)混合束后硬度約提高1.4倍。

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