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随着航天航空、化工和生物医学等工业的快速发展，钛合金的研究与应用迅速崛起。在所有的钛合金中，TC4(Ti-6A1-4V)钛合金用途最为广泛，超过了钛合金总量的一半。但钛合金硬度低，耐磨性能较差，限制了其在摩擦磨损等相关行业中的应用。为了克服钛合金力学性能的不足，通过表面改性来改善钛合金的耐磨性，已成为该领域内一个新的研究热点。 本文就TC4钛合金的固体粉末渗硼、渗硼剂的选择、稀土-硼共渗、渗硼机理及添加稀土对渗层的作用、单渗硼和稀土-硼共渗形成的硼钛化合物的生长动力学以及阳极氧化+涂覆聚四氟乙烯法在TC4钛合金表面获得的耐磨减摩复合膜层进行了系统的研究与探讨。 (1)研究了采用固体粉末渗硼法所形成硬质的硼钛化合物层来改善TC4钛合金的表面性能，讨论了最佳渗硼剂的选择，借助于扫描电镜、金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等设备对渗硼层的表面形貌、组织结构及性能进行了分析。结果表明采用以单一组分的B4C为新型渗硼剂得到的渗层质量最好，并且采用新型渗硼剂，在空气条件下即可对TC4钛合金进行高温固体渗硼实验，不需真空或保护气氛。通过观察渗层的显微组织结构，发现渗层由外表层的TiB2层和内表层的TiB晶须构成，晶须与TC4基体结合紧密，在1000℃、1050℃、1100℃下分别渗硼5h～20h后，渗硼层厚度范围为0.8μm～15μm。从TiB2到TiB晶须显微硬度值的变化范围为2200HV0.01～1100HV0.01，比基体的硬度值(330HV0.01～350HV0.01)提高了5倍以上。摩擦磨损实验结果表明TiB2和TiB的摩擦系数范围为0.15～0.3，外表层的TiB2的摩擦系数最小，而基体的摩擦系数为0.4～0.45，渗层比基体的摩擦系数减小2倍多，其耐磨性显著增强。 (2)对TC4钛合金表面进行了稀土-硼共渗实验研究。通过改变稀土加入量的方法调节渗层的厚度，确定了稀土的最佳含量。分析了稀土的存在形式和分布状态，考察了稀土对渗层形貌、元素分布的影响，并对单渗硼和稀土-硼共渗处理后渗层的硬度、耐磨性和在不同介质中的耐蚀性能进行了对比研究。研究结果显示稀土的最佳含量为5％，加入稀土后TiB2和TiB层深加大且在TiB2层有纳米级的微小孔洞存在。通过单渗硼及稀土-硼共渗的对比研究表明，加稀土后，从TiB2到TiB晶须显微硬度值的变化范围为3300HV0.01～1800HV0.01，比单渗硼的硬度值提高约50％，稀土-硼共渗及单渗试样在中性盐溶液及酸性溶液中的耐蚀性均比基体显著增强，但稀土-硼共渗试样的腐蚀电流密度比单渗试样略高，耐蚀性略低。 (3)应用热力学方程及渗硼体系中发生的化学反应，分析了渗硼机理及加入的稀土氧化物对渗硼层的作用，建立了单渗硼及复合渗的硼钛化合物层的生长动力学曲线，采用Sigma Plot10.0软件作出等厚度图，研究了稀土对扩散系数、扩散激活能和晶面间距的影响，分析了稀土的催渗机理。结果表明在1000℃～1100℃的渗硼温度下，Ti-6A1-4V基体与B4C粉末之间借助体系中微量氧的作用可生成TiB，随后TiB又与活性硼原子生成TiB2，研究也表明钛合金在高温时不能发生氧化并且稀土氧化物对硼钛化合物的生长具有“加速”作用。加入稀土后硼在钛中的扩散系数增大，硼的扩散激活能比单渗硼减小了7278J·mol-1。 (4)实验中首次采用阳极氧化+涂覆聚四氟乙烯的方法，在钛合金基体表面获取硬质TiO2多孔膜与填充膜孔的PTFE聚合物紧密结合的复合耐磨减摩膜层，探讨了不同阳极氧化工艺参数(电解液浓度、电压、氧化时间)对多孔膜相组成及对PTFE涂覆量的影响，通过耐磨性实验测定了复合耐磨减摩膜层的摩擦系数，通过测定在3.5％NaCl水溶液和5％H2SO4中的极化曲线，讨论了复合处理对TiO2+PTFE膜层耐蚀性的影响。实验结果表明，涂覆PTFE后，表面的TiO2孔被PTFE的聚合体所覆盖，经精饰处理后，在TC4钛合金表面形成了TiO2硬质点以及膜孔处具有润滑特性的PTFE复合膜，且TiO2与PTFE结合紧密。TiO2-PTFE复合膜的摩擦系数为0.2～0.25，低于基体的摩擦系数0.4～0.45，塔菲尔极化曲线表明硼钛化合物层能提高钛合金的腐蚀电位、降低腐蚀电流密度，明显改善TC4钛合金基体在3.5％NaCl溶液和5％H2SO4中的耐蚀性。