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钛合金TC4（Ti-6A1-4V）作为重要的工程合金材料具有密度低、比强度高、耐腐蚀性和生物相容性好等优点,被广泛应用于航空、汽车、化工和生物医学行业。但是TC4较差的摩擦学性能限制了其在发动机阀门、涡轮增压器等领域的应用。本文采用了脉冲等离子体渗氮技术对变形TC4进行了处理,利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度仪和摩擦磨损试验机等手段对变形TC4的组织性能进行了分析。实验结果显示,预处理的TC4钛合金试样经过渗氮之后表面无规律的分布着许多突凸起的白色颗粒,由能谱分析得出,这种白色颗粒为TiN和Ti2N陶瓷颗粒。通过扫描电子显微镜对渗氮截面进行观察发现,试样基体组织有第二相析出且弥散分布,边缘为清晰亮白色渗氮层,能谱结果显示氮含量呈梯度分布,由表层向心部递减;540℃渗氮后硬度显著提高,硬度值比来料态TC4提高大约300HV,比同等温度时效处理的试样硬度高140HV左右。随着渗氮温度的升高、渗氮时间的延长、变形量的增大,变形的TC4合金渗氮表面的陶瓷颗粒长大,并且聚集粗化,硬度总体上呈现上升趋势。在540℃下,渗氮8h后渗层厚度可达到3.52μm,在渗氮22h后渗层厚度为1.7μm。对于540℃下渗氮8h的试样,10%变形量试样的渗氮层厚度约为3.52μm,30%变形量的渗氮层厚度为3.55μm,50%变形量的渗层厚度为3.6μm。TC4在540℃渗氮后,其摩擦系数减小和磨损率降低。研究结果表明,与400℃渗氮温度相比,540℃渗氮层增厚约2.5倍,TC4钛合金在540℃渗氮,表面生成了高硬质氮化物相TiN、Ti2N、Ti3N2-X、Ti4N3-X以及固溶体TiN0.26、TiN0.3,导致硬度增大。在540℃渗氮,随着渗氮时间的延长,表面组织结构粗化,表面硬度升高;随着渗氮时间的延长,渗层先变厚再变薄的原因是等离子体对试样不断的溅射作用导致的;随着变形量的增大,渗氮层厚度增大幅度不明显。渗层的摩擦系数比同等温度下时效8h的摩擦系数小约0.1,体积磨损率为约减少为时效磨损率的2/5。随着渗氮时间的延长,变形量的增大,磨痕犁沟变浅,磨损率减小,说明经过540℃渗氮处理之后TC4合金耐磨性能得到了提高。