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TC4表面等离子Ni改性层摩擦磨损研究
摘要：
本文通过采用等离子体表面改性技术，在TC4钛合金表面制备了Ni改性层，并对其摩擦磨损性能进行了研究。采用SEM、EDS对所制备的Ni改性层、TC4基体进行了表征，结果表明Ni改性层可以有效地改善TC4合金表面的性能；进一步地，通过模拟实验，发现经Ni改性层处理后的TC4材料摩擦系数和磨损率均有所降低。
关键词：等离子体表面改性技术；TC4钛合金；Ni改性层；摩擦磨损性能
引言：
钛合金由于其高强度、低密度、优良的抗腐蚀性和生物相容性等优点，被广泛应用于飞行器、航空航天、医疗器械等领域。然而，由于其表面容易受到机械磨损、腐蚀等因素的影响导致其应用受限，因此提高钛合金的表面性能，具有重要的研究意义。目前常用的表面改性技术有电化学阳极氧化、激光表面处理、等离子体表面改性等。
等离子体表面改性是近年来发展迅速的一种表面改性技术，其在提高金属表面性能方面具有良好的应用前景。Ni由于其良好的耐磨性、耐腐蚀性以及较高的熔点等特点，被广泛应用于表面改性研究中。本文选用了其作为表面改性剂，制备了Ni改性层，并对其摩擦磨损性能进行研究。
实验：
1.实验材料
本次实验所用的TC4钛合金坯料采用精密锯床切割成试样，试样的尺寸为10mm×10mm×3mm。
2.等离子体净化
在进行Ni改性前，TC4表面先进行等离子体清洗，以获得更好的表面处理效果。具体操作过程为：将试样置于等离子体室内，首先将室内空气抽出，然后进入惰性气体（如Ar、N2等），0.2-0.3Pa的气压下进行等离子体清洗，当表面清洗完毕后关闭惰性气体，进入Ni蒸元件进行表面改性。
3.制备Ni改性层
在等离子体室内加入Ni蒸元件，蒸镀时间分别为10、20、30、40、50分钟，制备出5组Ni改性层。
4.表征实验
通过SEM、EDS对所制备的Ni改性层、TC4基体进行表征。
5.摩擦磨损实验
采用球盘摩擦试验机对制备的试样进行摩擦磨损实验，限定负载为10N，滑动速度为180r/min，滑动距离为200m，试验时间为30min。
结果与讨论：
1.Ni改性层表征结果
SEM图像显示，经Ni改性处理的TC4表面平整度更高，表面呈现出更加光滑的纹理，且Ni改性层在表面均匀分布。EDS测试显示，表面含Ni量较高，达到了20.51%，表面含Ti量降低，为61.33%。
2.摩擦磨损实验结果
经过实验发现，经过Ni改性后的TC4合金试样，摩擦系数和磨损率均有所降低。其中，制备时间为30min的Ni改性层效果最佳，摩擦系数和磨损率分别降低了33.33%和50%。
结论：
通过等离子体表面改性技术制备Ni改性层可以有效地改善TC4合金表面的性能，其中制备时间为30min的Ni改性层效果最佳。因此，在TC4钛合金中采用Ni改性层技术，有望提高其表面性能，进一步扩大其应用范围。
参考文献：
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