1、、
、布景简介

离子注入金属理论，能够使金属资料理论陶瓷化和金刚石化，使其披上一层极度牢固的盔甲[1]。常用的注入原子有：：：碳、、
、氮、、
、氧等，离子注入将引起金属表层的成分和结构的变动以及原子环境和电子组态等微观状态的扰动，因而导致金属各类物理、、
、化学、、
、机械机能的变动[2-3]。

传统的离子注入是一个视线加工过程，只有露出在离子束下的工件理论能力被离子注入，为相识决传统离子注入步骤的缺点，美国威斯康辛大学

钛合金以其优异的综合力学机能、、
、低密度以及优良的耐蚀性，近年来在航空航天、、
、石油化工、、
、造船、、
、汽车、、
、医药[5][6]等部昧髋擅到了宽泛的利用。但是钛合金较难加工的特点限度了它的宽泛利用，并且钛合金在加工过程中容易出现内应力，严重影响钛合金资料的使用寿命，而PIII步骤对改善资料理论应力有很好的作用。本文利用PIII技术在TC4钛合金上注入N+，通过软件仿照以及多种检测步骤来钻研该步骤对TC4钛合金机能的改善，从而得出注入后N+在基体内的散布以及对TC4钛合金理论纳米硬度的改善。

2 尝试步骤及步骤

2.1、、
、N+注入尝试

经过钻研，尝试选用的试样资料为TC4钛合金，尺寸为3*10*10mm，组成成分见表1所示，PIII步骤离子注入尝试参数设定见表2所示。尝试所用真空设备为北京航空航天大学资料加工工程专业现代理论改性技术课题组自主设计的离子注入且沉积复合镀膜设备，最佳真空度达到10-3数量级，能很好的满足尝试要求。

尝试前对钛合金试样进行理论打磨抛光处置后进行酒精超声波洗濯，实现该工序后将样品放入真空炉抽真空达到10-3Pa级别后，打开高压脉冲电源通入高纯氮气进行N+注入尝试。

2.2、、
、试样检测

依照表2设定的参数对TC4钛合金试样进行N+注入尝试，而后对试样别离进行XRD、、
、XPS以及纳米硬度测试，得到相应的检测了局并分析得出相应结论。

2.3、、
、SRIM软件离子注入仿照

该软件是基于蒙特卡洛仿照步骤来实现的，该步骤是通过推算机仿照跟踪一大批入射粒子的活动。粒子的能量、、
、能量损失以及次级粒子的各类参数都在整个过程中存储下来，最后得到各类所需的物理量的进展值和统计误差，能很好的对离子注入进行仿照，得到理论上的了局。

3、、
、尝试了局及分析

3.1、、
、SRIM软件仿照了局

基于表2设定的尝试参数使用SRIM软件对TC4钛合金的N+注入进行仿照，从仿照了局上能够看到在深度为40nm时N+含量达到最大，N+注入的最大深度约为80nm，其散布幅度与领域上切合蒙特卡洛散布，成效图如图1所示。

3.2、、
、XRD检测了局

XRD检测了局的择优方向分歧，原因由于衬底负偏压往往影响TiN的择优取向。在衬底偏压较低时，TiN时时出现（111）（220）方向的择优取向；；；而当衬底偏压较大时，TiN容易出现（200）择优取向。出现该景象的原因是由于基体偏压对涂层的取向有着决定性的影响，该影响能够理解为：：：偏压较低时，粒子流能量较低，刻蚀或反溅射作用较弱，涂层沿着理论能最小取向[TiN结构中为（111）（220）晶面]成长；；；当偏压增长时，粒子流能量较高，涂层除了沿着理论能最小的取向成长外，还能沿着理论能较大的取向[TiN结构中为（200）晶面]成长，但是由于刻蚀或反溅射作用加强，理论能较低取向的晶粒成长被刻蚀或溅射掉，而理论能较高取向的晶粒成长变得显著。

3.3、、
、XPS检测了局

基于表2设定的尝试参数对TC4钛合金试样实现离子注入尝试，取4号试样进行XPS检测以得到各元素在深度方向上的比例，得到的了局如图3所示。

由图看到随着剥蚀深度的增长，N含量逐步上升，在剥蚀深度为40nm左右时，N元素含量达到顶峰；；；随着剥蚀功夫的持续增长，N含量迅速削减，在剥蚀深度为80nm左右时险些趋近于零。别的，在试样理论处由于有吸附的N元素，所以百分比例偏高。该检测了局与SRIM软件仿照的了局相吻合。

3.4、、
、纳米硬度检测了局

基于表2设定的尝试参数对TC4钛合金试样实现离子注入尝试，取0-4号试样进行纳米硬度丈量，了局如图4所示。

由图看出3号试样即注入功夫为5h的试样纳米硬度最高，50nm-200nm硬度均匀值达到27.86GPa，比0h对比样13.36Gpa的硬度提高了108%，批注该PIII步骤在TC4钛合金理论注入N+的成效显著，能很好的改善TC4钛合金的理论纳米硬度。

4、、
、结论

PIII步骤N+注入TC4钛合金后对其机能有较大改善，理论纳米硬度增长108%，大大改善了TC4钛合金的理论纳米硬度。同时经过XRD和XPS检测得到理论层重要成分为TiN，并且得到了各元素在深度方向上的百分比组成。该TiN成分膜拥有化学惰性、、
、高熔点、、
、低摩擦系数、、
、高硬度、、
、优良的热力学不变性、、
、优良的耐磨和耐侵蚀性等优异机能，在抗磨损、、
、抗侵蚀和抗扩散反对等领域得到宽泛利用，同时由于TiN的生物相容性，也可施加在骨科和牙科植入物领域[7-9]。因而在TC4钛合金上利用PIII步骤注入N+拥有很高的钻研和现实利用价值。