Gr.5 티타늄 합금은 중요한 고성능 구조 재료로서 높은 비강도, 뛰어난 내식성, 낮은 밀도 및 우수한 생체 적합성으로 인해 방위 산업, 항공 우주, 의료 기기 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 뛰어난 성능으로 인해 무기와 장비의 성능 향상과 경량화를 위해 선호되는 소재가 되었습니다. 현재 군용 지상무기 분야에서는 M1A1 주력전차, M2 브래들리 전투차량, 경량 155mm 곡사포 M777 등이 가장 대표적인 적용사례로 자리잡고 있다. 과학과 기술의 발달로 무기와 장비의 고성능화, 경량화에 대한 요구가 높아지고 있습니다. 그러나 티타늄 합금의 경도가 낮고 내마모성이 좋지 않아 일반적으로 군사 활동에 적용하는 데 제한이 있습니다.
Gr.5 티타늄 합금의 표면을 이온 질화 처리한 후 TiN 및 Ti2N 상이 형성되고 이들 상의 결정 구조가 비교적 완전하고 규칙적입니다. 질화층의 미세 구조는 그림 1에 나와 있습니다. 질화 처리되지 않은 Gr.5 티타늄 합금 샘플의 평균 경도는 345HV이고, 질화 처리 후 평균 경도는 430HV에 도달하며 이는 모재보다 25% 더 높습니다. Gr.5 티타늄 합금의 표면 경도는 주로 질소 원자의 확산 거동과 질화물 층 형성에 대한 온도의 촉진 효과로 인해 크게 향상됩니다. 이온 질화 과정에서 질소 원자는 재료 표면에 경도가 높은 질화물 층을 형성하여 티타늄 합금의 표면 경도를 효과적으로 증가시킵니다. 저온- 질화 처리 후 Gr.5 티타늄 합금 표면에 TiN과 Ti2N으로 구성된 질화물 층이 형성됩니다. 티타늄의 질화물은 경도가 매우 높고 질화물층이 상대적으로 조밀합니다. 티타늄 합금 표면에 질화물층이 형성되어 축적되면 표면 경도가 증가합니다.
