TC4钛合金离子抛光工艺及机理研究.pdf

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1、硕士学位论文TC4钛合金离子抛光工艺及机理研究IONBEAMPOLISHINGPROCESSINGANDMECHANISMOFTC4TITANIUMALLOY毕永琛哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG176学校代码：10213国际图书分类号：621.9密级：公开工学硕士学位论文TC4钛合金离子抛光工艺及机理研究硕士研究生：毕永琛导师：王浪平教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG176U.D.C:621

2、.9DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringIONBEAMPOLISHINGPROCESSINGANDMECHANISMOFTC4TITANIUMALLOYCandidate：BiYongchenSupervisor：Prof.WangLangpingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScien

3、ceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要离子抛光工艺具有可加工复杂表面，加工精度高，对基体影响小的特点，广泛应用于半导体材料以及光学器件领域，而在金属材料加工领域相关研究较少。针对其工艺特点，探究适合植入式心血管装置钛合金材料的离子抛光工艺以及对抛光机理的分析具有科研和应用价值。本文自行搭建离子抛光装置，对采用机械研磨预处理，初始表面粗糙度Ra在

4、0.1至0.3μm的TC4钛合金退火态基体进行Ar+离子抛光工艺探究，对离子抛光后钛合金基体组织、物相、成分的变化进行了分析；基于第一性原理计算获取了Ti、Al、V三种原子的表面结合能以及Ti-Ar间描述溅射过程相互作用的ZBL势函数；利用分子动力学模型构建不同晶面取向以及表面形貌模型，以原子为单位，分析离子轰击基体过程中单晶模型演变，探究离子抛光工艺。研究表明特定离子能量、离子流量、离子入射角度的Ar+离子轰击TC4基体可以达到降低表面粗糙度的抛光作用，表面平均粗糙度Ra最低可下降至60nm以下。对离子抛光处理后工件分析发现，

5、其金相组织、物相组成以及宏观成分分布未出现明显变化，表面X射线光电子能谱分析发现离子轰击后Ti原子百分比明显下降。对离子轰击过程的分子动力学模拟发现离子轰击过程中便随有强烈的原子溅射以及表层原子迁移的现象，二者综合作用导致表面形貌发生演变，轰击过程中原子溅射产额、体系原子平均位移量、轰击后晶格畸变程度与单晶基体晶面取向以及表面形貌有关，密排面以及粗糙表面原子平均位移量及轰击后晶格畸变程度最大，而光滑表面原子溅射产额较大。关键词：钛合金离子抛光工艺；第一性原理；密度泛函计算；分子动力学模拟I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstr

6、actDuetotheadvantagesofprocessingcomplexshapedsurface,highmachiningprecisionandlittleeffectonthebasematerials,Ionbeampolishingtechnique,widelyappliedontheprocessingofsemi-conductmaterialsandopticaldevices.Howeverfewresearchesfocusonthepossibilityofionbeampolishingpro

7、cessingonmetalmaterials.Totakeadvantageofionbeampolishingtechniqueabilities,investigationoftheprocessingparametersuitableforimplantedcardiovasculardevicesmadebytitaniumalloyandresearchonthepolishingmechanismhaveresearchandapplicationvalue.Inthisresearch,aionbeampolis

8、hingdevicehadbeenmadefortheinvestigationofAr+ionbeampolishingparameterssuitableforannealedTC4titaniumalloypre-processedbymechanical