【摘 要】
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钛金属材料因其优良的综合性能已广泛应用于生活、医学、工业等领域,但其耐磨损性能较差,在海水及人体环境中耐腐蚀性有限,无法满足如钛饰品、钛瓷牙、钛钢船板等材料领域的应用。本文采用脉冲渗氧处理工业纯钛试样,同时辅以连续渗氧作为参照,利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等观察分析了试样的表层形貌和物相组成,用纳米压痕仪测量了试样的表面硬度和弹性模量,用摩擦磨损试验机测试了试样表面摩擦系数曲线及
【基金项目】
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西安市科技计划“TC4 表面改性技术开发研究”（CXY1438（3））项目; 碑林区科技局项目“表面纳米化工业纯钛制备新工艺研究”
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钛金属材料因其优良的综合性能已广泛应用于生活、医学、工业等领域,但其耐磨损性能较差,在海水及人体环境中耐腐蚀性有限,无法满足如钛饰品、钛瓷牙、钛钢船板等材料领域的应用。本文采用脉冲渗氧处理工业纯钛试样,同时辅以连续渗氧作为参照,利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等观察分析了试样的表层形貌和物相组成,用纳米压痕仪测量了试样的表面硬度和弹性模量,用摩擦磨损试验机测试了试样表面摩擦系数曲线及磨痕截面积,模拟体液及海水环境并用电化学工作站测量了试样在其中的腐蚀速率及腐蚀特性曲线,提出了渗氧试样的磨损机制和耐蚀机理,为钛金属材料的进一步应用提供实验、理论依据。研究表明:（1）随着渗氧强度的升高,试样表面生成了不同厚度的氧化层,氧化层呈片层状,沿深度方向由不同钛氧化物组成。500至700℃渗氧温度下试样经两种渗氧处理后,氧化层均与纯钛基体结合较好,800℃后试样氧化层变得疏松。800℃连续渗氧6 h试样表面氧化层大面积脱落,而同等条件下脉冲渗氧试样氧化层与基体结合良好,未出现明显脱落,试样热稳定性较高。（2）渗氧处理显著提高了纯钛的表面硬度,试样硬度随处理时间的延长先增大后减小。700℃脉冲渗氧6 h试样硬度最大,达到15.390 GPa,约为原始试样的7.3倍和连续渗氧最大硬度的1.6倍。700℃脉冲渗氧4.5 h试样的表面弹性模量最大,约为228.027 GPa,相比于原始试样提高了94.4%,试样的抗变形能力明显提高。（3）渗氧处理后,试样表面的摩擦系数和磨痕截面积明显降低。800℃脉冲渗氧4.5 h试样的表面摩擦系数仅为0.2373,磨痕截面积为317.44μm~2,为同等参数下连续渗氧试样的8.19%和原始试样的0.92%,显著提高了试样的摩擦磨损性能,削弱了粘着磨损效应。（4）脉冲渗氧处理大幅度改善了试样的耐腐蚀性能。800℃脉冲渗氧4.5 h试样在模拟体液和海水环境中的腐蚀速率分别为0.037 mm/h和0.090 mm/h,为原始试样的3.96%和7.49%,在这两种介质中,该参数下试样的开路电位最高、交流阻抗容抗弧半径较大、自腐蚀电位最高,试样的耐腐蚀性能最好。
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