【摘 要】
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为提高Ti6Al4V（TC4）的表面硬度和耐磨性,对其进行了激光表面织构化、等离子表面渗铬和两种工艺的复合处理。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）分析了TC4表面渗铬层的表面形貌/成分、截面形貌/成分、相结构和微观组织。借助显微硬度计分别测量了TC4及其渗铬层的表面硬度,采用纳米压痕测试系统测定了渗铬层的力学性能。通过开展室温和600
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为提高Ti6Al4V（TC4）的表面硬度和耐磨性,对其进行了激光表面织构化、等离子表面渗铬和两种工艺的复合处理。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）分析了TC4表面渗铬层的表面形貌/成分、截面形貌/成分、相结构和微观组织。借助显微硬度计分别测量了TC4及其渗铬层的表面硬度,采用纳米压痕测试系统测定了渗铬层的力学性能。通过开展室温和600℃温度下的滑动摩擦磨损试验,研究了表面织构-等离子表面渗铬复合处理对TC4耐磨性的影响。结果表明:（1）利用激光加工可在TC4表面制备均匀分布的圆形凹坑表面织构;等离子表面渗铬处理后,TC4获得了连续、致密的渗铬层,渗铬层主要由固溶体和金属间化合物（Cr,Ti,Cr2Ti,Cr2Ti）相构成。等离子合金化渗铬处理产生固溶强化的效果,显著提高了TC4的表面硬度和弹性模量。（2）室温和600℃温度下,激光表面织构化、等离子表面渗铬和复合处理均会影响TC4的摩擦学行为。室温下复合处理试样的失重和比磨损率分别是1.54 mg和1.07×10-2 mm~3/N·m-1,基体的失重和比磨损率分别为4.32 mg和2.44×10-2 mm~3/N m-1,表面织构-等离子表面渗铬复合处理显著提高了TC4的耐磨性。织构化TC4和渗铬TC4耐磨性均比基体好,而等离子合金化渗铬对TC4室温耐磨性的改善效果没有激光表面织构化处理效果好。织构处理主要起到了捕捉磨屑的物理效果,降低了三体磨损。制备较厚的铬合金层阻隔了硬质摩擦副与基体表面的直接接触,另外由于高硬度高,强度的渗铬层存在,提高了基体抵抗变形的能力。表面织构-等离子体渗铬复合处理能显著提高基体的常温耐磨性。（3）在600℃高温摩擦试验中,经表面复合处理的TC4摩擦系数最低,质量损失最低,为0.33 mg,比磨损率为3.238×10-2 mm~3/N m-1,比室温降低了一个数量级。复合处理后的试样表现出轻微的氧化磨损、粘着磨损表面划痕以及变形明显减少,渗铬层具有优异的抗高温氧化性。最后对4个试样的高温耐磨性进行对比排序,得到TC4＜TC4-l ST＜TC4-Cr＜TC4-LST+Cr的结果。（4）织构-渗铬复合表面处理在TC4基体上制备的梯度结构涂层有效解决界面结合的问题,消除了热膨胀系数不匹配和附着力弱的问题,在不改变基体性能的前提下,能有效提高TC4合金表面的耐磨性和耐高温氧化性能。
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