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表面织构-等离子渗钛复合处理改善316不锈钢的耐磨性

奥氏体不锈钢因具有良好的综合力学性能和工艺性能，且在氧化性和还原性介质中均表现出较好的耐蚀性，得到了广泛应用。但奥氏体不锈钢表面硬度低、摩擦系数大、耐磨性差，一般不能用于制作摩擦零部件。表面织构化和双辉等离子表面合金化在提高材料表面耐磨性方面的各具优势，将两种技术相复合，有望进一步改善奥氏体不锈钢的耐磨性。

先采用电火花加工技术在316不锈钢表面制备沟槽状表面织构，再对表面织构化316不锈钢进行等离子渗钛处理。等离子渗钛工艺：温度950 ℃，保温时间3 h，压差200 V，极间距18 mm。所获得的渗钛层连续、致密，厚度约为10 μm，钛元素在渗层成分呈现梯度分布。渗钛层主要由NiTi₂、NiTi、Ni₃Ti、Fe₂Ti和Cr₂Ti等相组成。渗钛层的表面硬度为636.6 HV_0.1，结合力等级高于HF1。

干摩擦条件下，与GCr15和Si₃N₄对摩时，渗钛层的摩擦系数均高于316不锈钢基体，即不具有减摩作用，但渗钛层的比磨损率均低于316基体，表现出更好的耐磨性。脂润滑条件下，与GCr15和Si₃N₄对摩时，渗钛层的摩擦系数略高于316不锈钢基体，但渗钛层的比磨损率较316不锈钢基体低了一个数量级。

干摩擦条件下，与GCr15和Si₃N₄配副，表面织构化316不锈钢和复合处理316 不锈钢的摩擦系数变化趋势一致，但复合处理316不锈钢的摩擦系数低于表面织构化316不锈钢。复合处理316不锈钢的磨损程度较表面织构化316不锈钢的磨损程度轻微。干摩擦条件下，沟槽状表面织构发挥了捕捉磨屑的作用，降低了表面织构化316不锈钢和复合处理316不锈钢的磨损。脂润滑条件下，与GCr15和Si₃N₄配副，表面织构发挥了存储润滑脂的作用，摩擦过程中提供持续润滑，表面织构化316不锈钢和复合处理316不锈钢的摩擦接触区域未能形成连续的磨痕。复合处理316不锈钢的磨损程度较表面织构化316不锈钢的磨损程度轻微。

开路电位、极化曲线和交流阻抗测试结果表明，渗钛层和复合处理316不锈钢较316不锈钢基体在3.5%NaCl溶液中具有更高的开路电位和电荷传递电阻，更低的腐蚀电流密度，表现出更好的耐蚀性。沟槽状表面织构具有一定的疏水作用，表面织构化不锈钢的耐蚀性也优于316不锈钢基体。

总体上讲，等离子渗钛和复合处理均提高了316不锈钢基体的耐磨性和耐蚀性，复合处理的改善效果更加明显。