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钛合金具有比强度高、热稳定性好、耐蚀性能优异等特点，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。双层辉光离子渗金属技术应用于钛合金表面改性，可有效提高其摩擦学性能。本文利用双层辉光离子渗金属技术，在纯钛及钛合金Ti6Al4V表面形成渗Zr及Zr-N共渗改性层，其中纯钛基体和Ti6Al4V基体改性层形成温度分别为960 ℃和990 ℃，对改性层的组织结构、显微硬度、摩擦磨损性能进行了较系统的分析研究，研究结果如下：
(1)改性层的组织成分及相结构：渗Zr及Zr-N共渗后纯Ti及Ti6A14V表面均形成了均匀致密的改性层，改性层中渗入元素成分含量呈梯度分布，改性层为扩散层。Ti6Al4V基体渗Zr试样改性层表面生成了α-Ti、α-Zr、β-Zr和TiZr合金；Zr-N共渗试样改性层主要由钛-氮化合物Ti4N3，Ti2N和锆-氮化合物ZrN，Zr3N4的高硬质相组成。
(2)改性层的显微硬度：渗Zr及Zr-N共渗均强化了纯Ti及Ti6A14V基体表面，使硬度从基体到表面由低到高呈梯度分布，提高了基体的承载能力及改性层与基体间的结合强度。对纯Ti及Ti6Al4V进行渗Zr处理，表层硬度略有提高。在氮氩流量比为1/1时，对纯Ti进行Zr-N共渗处理，试样改性层表层最高硬度为815HK0.01；对Ti6Al4V进行Zr-N共渗处理，氮氩流量比分别为1/2、1/1和2/1，试样改性层表层最高硬度在813HK0.01-1368HK0.01范围，且N2流量越大，表层硬度越大。
(3)改性层的干摩擦行为：对纯Ti及Ti6Al4V进行渗Zr处理，其比磨损率较基材略有降低。对纯Ti进行Zr-N共渗处理后试样的比磨损率约为基材的1/4；对Ti6A14V进行Zr-N共渗处理后试样的比磨损率约为基体的1/4～1/2。Zr-N共渗明显提高了纯Ti及Ti6A14V合金的抗磨损能力。