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钛合金具有比强度高、热强性好、耐蚀及生物相容性好等优点,广泛应用于航空航天、化工、生物医疗领域,但由于摩擦系数大、耐磨性差,极大地限制了它们的应用范围。利用表面处理技术在钛合金表面形成改性层是提高其摩擦学性能的重要手段。但常规的表面处理技术,如离子氮化、物理气相沉积、离子注入等获得的表面改性层只适用于改善钛合金在中低载荷和中低滑动速度下的摩擦学性能,在高载荷、高滑动速度条件下,以上改性层由于韧性不足或结合强度问题而易导致失效。针对上述问题,本文利用双层辉光离子渗金属技术,在钛合金Ti6Al4V表面Mo-N共渗,采用正交法设计实验,用OM,EDS,XRD,SEM分析了改性层的显微组织、化学成分及其相组成,并测试了表面改性层的弹性模量、显微硬度、高温和常温摩擦磨损性能,研究了Mo-N共渗处理对基体组织、力学性能的影响。通过分析正交试验结果,得出Mo-N共渗的优化工艺参数为:时间:t = 3h;气压:P = 35Pa,N2/Ar=3:1,极间距:d = 15mm;源极电压:Vs = 950～1000V;阴极电压:Vc = 400～450V。在此工艺条件下Mo-N共渗层由三个亚层组成,由表面到基体分别是:氮化物层、沉积层和扩散层,其成分呈梯度分布。表面XRD衍射结果表明,Mo-N共渗层主要以Mo2N、Ti2N和TiN等形式存在,表面硬度达1155.8HV0.1;纳米硬度为32GPa,杨氏模量为460GPa。经过Mo-N共渗后,基体组织为等轴初生α相+少量转变β,拉伸试验表明,抗拉强度较基体略有下降。球盘磨损试验表明,常温和中温试验条件下,磨擦系数较基体降低,磨损体积、比磨损率较基体都有大幅度下降;高温试验条件下,磨擦系数较基体增高,但磨损体积、比磨损率较基体都有大幅度下降。