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表面复合强化钛合金组织调控及摩擦磨损行为研究

钛合金由于比强度高、耐蚀性好、生物相容性优异等突出优点得到广泛应用。但钛合金存在硬度低、耐磨性差的缺点，限制了其应用范围的进一步拓展。表面梯度纳米结构可以显著改善传统粗晶结构强度低、力学性能差的弱势，同时又有效避免了单一纳米结构尺寸突变而引发的性能突变，可以利用多尺寸结构协同达到较好的服役性能。此外，表面梯度纳米结构中丰富的晶界、缺陷为元素的表面扩散提供优良通道，可以有效提高化学表面热处理的效率。本文利用表面机械碾磨工艺对粉末冶金Ti-5Al-2Fe-3Mo合金进行了表面纳米化处理，获得400 μm表面变形强化层，表面晶粒细化至20 nm左右，硬度提高至650 HV。随后通过表面纳米化+渗碳复合处理在合金表面制备出了厚度达200 μm、硬度在1600 HV左右的TiC强化层。经过往复式滑动摩擦试验，发现表面纳米化+渗碳复合处理显著提高了Ti-5Al-2Fe-3Mo合金的耐磨性能，相同条件下磨损量从11.7 mg降低至2.2 mg，相比初始态合金降低了80%以上。