不同温度下等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦磨损性能

元云岗¹，康嘉杰^1,2，岳文^1,2，付志强^1,2，朱丽娜^1,2，佘丁顺^1,2，王成彪^2,3

1. 中国地质大学(北京)工程技术学院2. 中国地质大学(北京)郑州研究院3. 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所

摘 要：采用等离子渗氮技术提升TC4钛合金的耐磨性并探究最优渗氮温度。利用LDM 1-100型等离子渗氮设备,在650,700,750,800,850℃和900℃温度下对TC4钛合金进行渗氮处理,保温时间均为10 h。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对不同温度渗氮试样的微观组织结构、表面形貌、表面粗糙度、相结构和硬度进行表征。利用CETR UMT-3型多功能摩擦磨损试验机测试等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦学性能。结果表明:TC4钛合金表面显微硬度和粗糙度随温度升高而增大,在900℃渗氮后TC4钛合金表面显微硬度达到了1318HV_0.05,约为基体(360HV_0.05)的4倍。硬度的升高是由于渗氮后试样表面形成了硬质氮化物相（TiN和Ti₂N相）,且随着渗氮温度升高氮化物的含量增加。相较于低温渗氮（低于750℃）的试样,850℃和900℃渗氮试样的承载能力显著提升。与原始TC4试样相比,渗氮处理后试样的磨损体积显著降低。当渗氮温度为850℃时,试样磨损体积为未处理试样磨损体积的1.2%（1 N）,3.0%（3 N）和62.2%（5 N）,试样的耐磨性提升更为显著。

关键词：TC4钛合金;等离子渗氮;组织结构;摩擦磨损性能;耐磨性;