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本文采用等离子体基离子注入的方法,通过改变C、N、Ta三种元素的注入剂量和注入顺序在GCr15轴承钢基体上制备了表面改性层,以提高材料表面的硬度和耐磨性能。利用X射线光电子能谱(XPS)分析了表面注入层的成分和原子百分含量;用激光拉曼光谱(Raman)分析了表面注入层的性质;并通过XRD测试分析了表面注入层的相结构。利用美国Nano Indenter XP型纳米压痕仪测量硬度和弹性模量;通过球-盘式摩擦磨损试验机研究了在干摩擦、常规实验室条件下表面改性层的摩擦学行为,并根据磨痕轮廓采用积分的方法计算粘着和磨损量,也对试样摩擦表面进行了金相和扫描电子显微镜(SEM)观察分析。研究结果表明:等离子体基离子注入C、N后,在试样表面形成DLC膜。先注氮后注碳试样表面注入层的DLC膜性质优于先注碳后注氮的试样;无论是先注碳后注氮还是先注氮后注碳,硬度变化规律都是先增加后降低,并且在C和N的注入剂量都是3E17ions/cm2时,表面注入层硬度最高。先注氮后注碳试样表面耐磨性好于先注碳后注氮试样,并且随着碳注入剂量的增加,耐磨性逐渐提高。摩擦副为GCr15钢球,先注碳后注氮试样的磨损机制以粘着磨损为主,先注氮后注碳试样的磨损机制以磨粒磨损为主;摩擦副为Si3N4陶瓷球,随着氮离子注入剂量的增加,磨损机制由两种机制并存变为粘着磨损,随着碳离子注入剂量的增加,磨损机制由两种机制并存转变为磨粒磨损。等离子体基离子注入C、N、Ta后,试样表面注入层形成TaC,Ta2C相。摩擦系数由于Ta的注入显著降低。先注金属Ta后注气体试样的耐磨性好于先注气体后注金属Ta的。摩擦副GCr15球,前者的磨损机制是磨粒磨损,后者的磨损机制是粘着磨损和磨粒磨损两种机制并存;摩擦副Si3N4陶瓷球,前者的磨损机制由两种机制并存转变为磨粒磨损,后者的磨损机制是粘着磨损和磨粒磨损两种机制并存。