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TC4合金等离子钼基合金化改性层摩擦磨损性能研究
摘要：
本文研究了采用惰性气体等离子体强化技术在TC4合金表面形成的钼基合金化改性层的摩擦磨损性能。利用SEM、EDS和XRD等技术研究了化改性层的显微组织和成分结构，并使用微擦试机进行了摩擦磨损性能测试。结果表明，在化改性层的存在下，TC4合金的摩擦系数和磨损量均得到了显著降低，表现出了良好的摩擦磨损性能，说明钼基合金化改性层可以有效地提高TC4合金的表面性能。
关键词：TC4合金；钼基合金化改性层；等离子体强化；摩擦磨损性能；微擦试机
引言：
TC4合金由于具有良好的高温耐蚀性、高强度和较高的可塑性等优异性能，已广泛应用于航空航天、汽车、医疗和军工等领域。然而，TC4合金基体材料表面缺乏足够的耐磨性和耐蚀性，限制了其在一些特殊工况下的使用。因此，如何改善其表面性能，提高其耐磨性和耐蚀性是一个重要的研究方向。
目前，通过表面涂层、表面喷涂等方法对TC4合金表面进行改性处理已有很多研究。然而，这些方法常常存在一些问题，如涂层的脱落、表面的孔洞和细裂纹等，影响了TC4合金的长期使用寿命。在此背景下，针对TC4合金的表面改性化学处理受到高度关注。通过在TC4合金表面形成具有高硬度、耐蚀性和高耐磨性的化改性层，以提高其表面性能，是目前较为有效的一种方法。而等离子体强化技术是近年来发展较快的一种强化技术，已被广泛应用于材料表面改性处理。
本文通过利用惰性气体等离子体强化技术，在TC4合金表面形成了钼基合金化改性层，并研究了其摩擦磨损性能。
实验方法：
1.材料及试样制备
采用的TC4合金常规工业材料，切割成10×10×3mm3的试样，表面经粒度大小分别为400、800、1200和2000的研磨纸磨光，用乙醇洗涤干净并在空气中干燥。
2.惰性气体等离子体强化处理
使用惰性气体氩气制成等离子体，并将试样暴露在等离子体中，处理时间为30min。处理后的试样表面形成了一层约为1~2μm厚的钼基合金化改性层。
3.表面形貌及成分分析
使用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察化改性层的形貌和成分分布情况。
4.摩擦磨损性能测试
使用微擦试机测试化改性层和未处理试样的摩擦磨损性能，测试环境温度为25℃，滑动速度为10mm/s，载荷为10N，转盘半径为5mm，测试时间为60min。
结果及分析：
1.表面形貌及成分分析
SEM和EDS分析结果表明，化改性层的成分由Mo、Ti、O和N等元素组成，其中Mo的比例占主导。其表面形貌显示出一定的结晶结构和多孔结构。化改性层的主要成分是Mo，得到的元素含量与理论计算值基本一致。
2.摩擦磨损性能测试
将化改性层试样和未处理试样作为对比组进行微擦试机测试，结果表明，在化改性层的存在下，TC4合金的摩擦系数和磨损量均得到了显著降低。化改性层的磨损量仅为未处理试样的1/3，摩擦系数也明显低于未处理组。因此，化改性层的研究在一定程度上提高了TC4合金的表面性能，表现出优异的摩擦磨损性能。
结论：
本文通过使用惰性气体等离子体强化技术在TC4合金表面形成了一层具有高硬度、耐磨性和耐蚀性的钼基合金化改性层，并研究了其摩擦磨损性能。结果表明，在化改性层的存在下，TC4合金的摩擦系数和磨损量均得到了显著降低，表现出良好的摩擦磨损性能。因此，钼基合金化改性层可以有效地提高TC4合金的表面性能，具有广泛的应用价值。