论文摘要：离子注入改善材料表面完整性的研究

现代社会经济的高速发展离不开制造业的基础支撑，近年来制造业对材料性能的要求越来越高，航空航天及军事工业等对一些具有良好使用性能的零部件更是具有迫切的需求，从而使得离子注入等材料表面处理手段得到迅速发展。近些年来，由于钛合金材料具有比强度较高、耐腐蚀性能好等一系列优点，在航空航天等领域的应用越来越广泛，飞机和飞机发动机中的主要零构件大量采用钛合金。但因钛合金材料对机械加工表面的残余应力分布状态以及钛合金构件加工后的表面完整性非常敏感，同时钛合金零构件的表面完整性决定了其疲劳寿命。因此，采用离子注入表面改性的手段，使得钛合金构件表面形成残余压应力层，以提高钛合金零构件的表面完整性，对于提高航空航天领域钛合金的零构件的疲劳寿命具有重要的意义。等离子体浸没离子注入技术由于其具有的独特优越性，目前已经被广泛应用在各种材料的表面改性中，用以提高材料表面的耐摩擦磨损性能、耐腐蚀性能以及耐疲劳性能等与材料表面完整性相关的机械性能。

在本文的研究过程中首先对离子注入的过程进行了SRIM软件模拟，完成该部分内容之后，利用课题组自行设计研究的离子注入且沉积复合镀膜设备来完成离子注入实验。在此之后，对经过离子注入处理后的TC4钛合金试样进行检测，目的是通过这些检测手段来验证离子注入的实际效果。本文的研究过程中所采用的主要检测方法有X射线衍射分析（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）、纳米硬度测试以及高周疲劳实验测试等，这些检测手段的结果证实了氮离子注入的实际效果比较理想。其中，在对TC4钛合金试样纳米硬度的测试中，经过氮离子注入处理后的试样表面纳米硬度的提升最高达到108%；在对试样高周疲劳性能的测试中，经过氮离子注入处理后的TC4钛合金试样疲劳寿命提高最多达到50.1%。

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