题目：Ta离子注入NiTi记忆合金的表面力学性能和电化学特性研究

本课题采用金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA)离子注入技术成功地在NiTi合金表面进行了Ta离子注入和Ta+C双离子注入。采用扫描电子显微镜(SEM)，原子力显微镜(AFM)，透射电镜(TEM)，X射线光电子能谱(XPS)，俄歇电子能谱(AES)，纳米力学探针，摩擦磨损实验机(UMT)和电化学测试系统研究了注钽NiTi合金表面特性、微观组织结构、力学性能、耐摩擦磨损性能以及电化学行为。 研究发现，Ta离子注入对NiTi合金的表面特性和组织结构影响较大。Ta离子注入后在NiTi合金表面形成均匀的纳米凸起，纳米凸起的微观形貌随注入条件的变化而不同，粗糙度(Ra)均比抛光后试样大。Ta元素在45kV注入电压下注入深度为100nm左右，注入元素浓度分布成高斯分布，钽浓度最大约为21at.%，并且在注入层表面形成含有TiO2和Ta2O5的复合氧化薄膜；对于Ta+C双离子注入合金，C的最大注入深度为200nm左右，粗糙度(Ra)和抛光试样接近，在亚表层有TaC和TiC化合物形成，在内层只有TiC化合物。 Ta离子注入NiTi合金表面的纳米硬度和杨氏模量均比未注入合金略低，Ta+C双离子注入合金的纳米硬度和杨氏模量均比未注入合金和注钽NiTi合金高；在同GCr15不锈钢球干摩擦过程中，在起始摩擦阶段摩擦系数均比未注入合金低，并且能够在更多摩擦循环下维持较低摩擦系数，当注入层被破坏后，注钽NiTi合金的摩擦系数同未注入的接近。 NiTi合金经Ta离子注入后耐腐蚀性能有显著提高，主要表现为自腐蚀电位(Ecorr)和击穿电位(Ebr)均高于未注入NiTi合金，自腐蚀电流密度(icorr)低于未注入NiTi合金，显著地提高了NiTi合金的耐腐蚀能力，其中注入电流为2 mA，注入剂量为1.0×1017 ions/cm2和1.5×1017 ions/cm2的试样耐腐蚀性能最好，注入剂量和注入电流过大或过小都不利于耐腐蚀性能的提高。注Ta合金表面含有TiO2和Ta2O5的氧化薄膜是提高NiTi合金基体耐腐蚀能力的主要原因，但注入条件的不同会导致表面微观形貌的变化，从而影响合金的电化学性能。NiTi合金经Ta+C离子注入后，合金表面也覆盖一层含TiO2和Ta2O5的氧化薄膜，因此电化学行为同注钽NiTi合金相似，耐腐蚀能力有显著提高。 浸泡实验证明，长期浸泡作用下，未经离子注入NiTi合金的耐腐蚀能力略微提高，原因主要是在表面在溶液中长期浸泡形成稳定钝化膜，Ta离子注入后NiTi合金的耐腐蚀能力优于未注入的合金，其中Ta+C双离子注入的NiTi合金在长期浸泡下表现出了最优的电化学性能。 磨损腐蚀实验证明，注钽合金有较好的自钝化能力，在表面钝化膜遭到破坏情况下，能自发钝化，表现出了稳定的电化性能，双离子注入NiTi合金耐磨损腐蚀性能相对于单离子注入的略差，但好于未注入的NiTi合金。