La lega di titanio Gr.5, un importante materiale strutturale ad alte-prestazioni, è ampiamente utilizzata nell'industria della difesa, aerospaziale, dei dispositivi medici e in altri campi grazie alla sua elevata resistenza specifica, eccellente resistenza alla corrosione, bassa densità e buona biocompatibilità. Con le sue eccezionali prestazioni, è diventato il materiale preferito per migliorare le prestazioni e la leggerezza di armi ed equipaggiamenti. Attualmente, nel campo delle armi militari terrestri-, i casi di applicazione più rappresentativi includono il carro armato principale M1A1, il veicolo da combattimento M2 Bradley e l'obice leggero da 155 mm M777. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, i requisiti per armi e attrezzature ad alte prestazioni e leggerezza stanno aumentando. Tuttavia, la bassa durezza e la scarsa resistenza all’usura delle leghe di titanio ne limitano generalmente l’applicazione nelle attività militari.
Dopo che la superficie della lega di titanio Gr.5 è stata trattata mediante nitrurazione ionica, si formano le fasi TiN e Ti2N e la struttura cristallina di queste fasi è relativamente completa e ordinata. La microstruttura dello strato nitrurato è mostrata nella Figura 1. La durezza media del campione di lega di titanio Gr.5 senza trattamento di nitrurazione è 345HV e, dopo il trattamento di nitrurazione, la durezza media raggiunge 430HV, che è superiore del 25% a quella del materiale di base. La durezza superficiale della lega di titanio Gr.5 è notevolmente migliorata, principalmente grazie all'effetto promotore della temperatura sul comportamento di diffusione degli atomi di azoto e sulla formazione di strati di nitruro. Durante il processo di nitrurazione ionica, gli atomi di azoto formano uno strato di nitruro con elevata durezza sulla superficie del materiale, aumentando efficacemente la durezza superficiale della lega di titanio. Dopo il trattamento di nitrurazione a bassa-temperatura, sulla superficie della lega di titanio Gr.5 si forma uno strato di nitruro composto da TiN e Ti2N. I nitruri di titanio hanno una durezza estremamente elevata e lo strato di nitruro è relativamente denso. La formazione e l'accumulo dello strato di nitruro sulla superficie della lega di titanio portano all'aumento della durezza superficiale.
