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Mo元素因具有强度高、热膨胀系数小等优势,常作为涂层或合金化层附于基体表面,以增强基体表面的硬度、耐磨等性能。制备Mo合金化层的方法有很多种,其中镀膜与电子束辐照相结合的方法因得到的合金化层具有膜基熔合充分、热影响区小、不引入其他杂质元素等优点而被广泛使用,故本实验采用磁控溅射镀膜与强流脉冲电子束辐照相结合的方式,在M50钢表面制备Mo合金化层,并研究合金化层的组织结构和高温摩擦性能。采用预先测定的沉积速率(工作功率:50 W,工作时间:30 min,工作气压:1.5 Pa)和辐照参数(加速电压:27 kV,工作气压:0.06 Pa,辐照次数:100次)在M50钢表面制备Mo合金化层,并研究电子束辐照和回火处理对合金化层表面形貌、截面组织、物相组成、纳米硬度及残余应力的影响。研究结果显示:预镀层表面光滑、平坦,厚度和元素分布均匀。经过表面合金化后,合金化层表面较为平整,只存在极少的熔坑,同时合金化层存在多层结构,由表及里分别为完全重熔层、热影响层和基体;结合相组成和显微组织结果表明,完全重熔层存在两层结构,表层主要由Fe-Mo固溶体与少量奥氏体组成,并且还存在少数的孪晶奥氏体,次表层由奥氏体和少量孪晶马氏体组成;热影响层主要由层片状马氏体;基体主要由回火马氏体、少量的残余奥氏体和碳化物组成。经过后续的回火处理,合金化层表面残余奥氏体分解,发生马氏体转变,且随着回火温度和回火时长的增加,合金化层表面残余奥氏体逐渐减少,马氏体不断增加。合金化层的表面硬度和残余应力的结果显示:预辐照的M50钢表层与表面合金化层的纳米硬度均低于原始M50钢,但仍能达到9.0 GPa,两者的残余应力均表现为残余拉应力;回火处理后的合金化层的纳米硬度明显高于其他状态的试样,且随着回火温度和回火时长的增加,纳米硬度呈现先增加后减小的趋势。其中,回火参数为550℃/5 h的合金化层的纳米硬度值最高,均值可达17.5 GPa,其残余应力表现为残余压应力。经过电子束表面合金化后,合金化层的摩擦系数较原始M50钢基体相比明显降低。在高温摩擦过程中,合金化层与原始M50钢表面均形成氧化膜,但由于合金化层的Mo含量明显高于基体,Mo元素一方面可以提高氧化膜与材料的结合力,同时Mo元素的减摩作用可以明显降低材料的摩擦系数,故合金化层的摩擦系数明显小于基体。实验温度、法向载荷和滑动线速度对合金化层的摩擦系数也有巨大影响。随着上述参数的增加,合金化层表面生成的氧化膜越多,材料的摩擦系数越小。