钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性能优异等特点,而被广泛应用于航空航天、石油化工、造船等领域。但钛合金的耐磨性和高温抗氧化性能差等弱点限制了它的应用范围。运用表面改性技术提高钛合金的耐氧化和耐磨性能,具有重要的理论研究价值和广阔的应用前景。过渡金属硅化物例如Mo-Si、Cr-Si、Ni-Si等,具有较高的高温强度、优异的抗氧化性能和磨损性能,是最有潜力的高温结构材料之一。但室温韧性差严重阻碍了其实际应用,而利用纳米晶可以有效改善金属硅化物的本征脆性。因此本课题采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4合金表面制备了五种纳米晶(Mo_xCr_1-x)₅Si₃（x=1.00,0.78,0.75,0.64,0.57）涂层,拟改善TC4合金的耐磨性能和高温抗氧化性能。采用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜为手段对纳米晶(Mo_xCr_1-x)₅Si₃涂层的微观组织和相结构进行了综合分析,结果表明:涂层组织均匀、连续、致密,平均晶粒尺寸大约8nm左右。涂层由沉积层和扩散层所构成,外层沉积层的相组成为单相(Mo_xCr_1-x)₅Si₃。采用纳米压入以及划痕法对涂层的力学行为进行测定,结果表明:相比文献所报道的粗晶Mo₅Si₃,纳米晶Mo₅Si₃涂层的硬度明显提高,并改善了其韧性。随着纳米晶(Mo_xCr_1-x)₅Si₃涂层中Cr含量的增加,涂层的塑性功逐渐增大,硬度和弹性模量逐渐减小,涂层与基体的结合力逐渐提高,并且明显改善了涂层晶格参数各向异性以及热膨胀系数各向异性。对涂层在800℃条件下的等温循环氧化性能进行了测定,结果表明:纳米晶Mo₅Si₃涂层在氧化10min后即发生PEST氧化,整体剥落。随着纳米晶(Mo_xCr_1-x)₅Si₃涂层中Cr含量的增加,涂层抗氧化性能大幅度提升,尤其是纳米晶(Mo_0.57Cr_0.43)₅Si₃涂层在氧化240h后生成的氧化膜与基体结合良好,没有观察到起皮、裂纹和剥落等现象,具有优异的抗氧化性能。对涂层在室温及高温下的耐磨性能进行了测定,结果表明:在相同实验条件下,高温磨损条件下摩擦系数低于室温磨损条件下摩擦系数,高温磨损条件的比磨损率略高于室温磨损条件下的比磨损率。随着纳米晶(Mo_xCr_1-x)₅Si₃涂层Cr含量的增加,涂层的摩擦系数和比磨损率不断降低,涂层的耐磨性能愈好。