鈦及鈦合金離子注入微孔氧化層的結構控制與光催化性能.pdf

1、國內圖書分類號：TG155國際圖書分類號：621.785工學博士學位論文鈦及鈦合金離子注入微孔氧化層的結構控制與光催化性能博士研究生：李金龍導師：馬欣新教授協(xié)助指導教師：孫明仁副教授申請學位：工學博士學科、專業(yè)：材料學所在單位：材料科學與工程學院答辯日期：2008年4月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要I摘要本文采用等離子體基氦氧注入技術在鈦及鈦合金表面構建微孔鈦氧化物層。系統(tǒng)地研究了該微孔氧化層的結構以及退火對其相結構的控制。并通過氮注

2、入摻雜使其光譜響應范圍拓展至可見光區(qū)域，最后評價了該微孔氧化物層可見光催化降解羅丹明B溶液的效果。利用X射線光電子能譜、彈性反沖檢測、正電子湮沒、小掠射角X射線衍射技術、Raman光譜和透射電子顯微鏡分析了離子注入層的結構。氧離子注入鈦及鈦合金在其表面形成了層狀結構的鈦氧化物層。由表及里依次為表面污染層；TiO2層（鈦合金為TiO2和Al2O3混合層）；TiO2、Ti2O3、TiO和Ti組成的過渡層（鈦合金在過渡層中還包括Al2O3、A

3、l、VO和V）。過渡層在注氧層中所占的比例最大，TiO2是過渡層主要成分。高電壓氧離子注入鈦及鈦合金在注氧層中形成了納米金紅石。隨著退火溫度增加，金紅石含量和尺寸增加，但不能形成銳鈦礦結構。低電壓注入樣品注氧層沒有相析出，空氣氣氛退火可以析出銳鈦礦和金紅石的混合結構。純鈦注氧樣品析出混合相結構的退火溫度是550℃遠低于鈦合金的650℃。鈦及鈦合金氦離子注入在注氦層中形成了幾納米到十幾納米大小的氦泡結構。注入劑量增加，氦泡的尺寸增加，而氦

4、泡的密度降低。相同注入劑量條件下，鈦注氦層中形成的氦泡尺寸大于Ti6Al4V合金注氦層中氦泡的大小。氦離子注入層的深度隨著注入電壓增加而增加。通過先低電壓注入后高電壓注入變能量氦離子注入可以形成更厚更接近樣品表面的注氦層。氦的注入使樣品在近表面區(qū)域引入大量的氧和少量的碳、氮，并形成一個致密的化合物層。該化合物層主要包括TiO2、Ti2O3、TiO、TiN、TiC（鈦合金中還有Al2O3）。近表面區(qū)域化合物的存在使該區(qū)域的硬度顯著增加，低