纯铜表面等离子渗钽层的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能

摘要

目的提高纯铜表面等离子渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。方法采用双辉等离子表面合金化技术在纯铜表面制备渗钽层。通过扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析渗钽层的微观形貌、元素分布和物相结构。利用纳米压入和表面划痕试验测量渗钽层的硬度和与基体的结合强度。通过摩擦磨损和电化学试验评价渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。结果使用双层辉光等离子表面合金化技术可以在纯铜表面制备出组织致密均匀、内部无孔隙的渗钽层,与基体结合良好,膜层厚度约为12μm且与基体存在3μm厚的互扩散过渡层。渗层物相主要为α-Ta,与基体的结合力为25.8 N,渗Ta处理后,试样表面纳米硬度从1.5 GPa提高到7.0 GPa。与纯铜基体相比,渗钽层的摩擦因数从1.15降低到0.82,比磨损率由基体的46.97×10^(−5) mm^(3)/(N·m)降至渗钽层的22.91×10^(−5) mm^(3)/(N·m),耐磨性得到提高。纯铜基体主要表现出黏着磨损现象,而渗钽层则表现出轻微的磨粒磨损。渗钽试样在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位和极化电阻均显著提高,自腐蚀电流密度下降,耐腐蚀性能优异,渗钽层对基体起到很好的腐蚀保护作用。结论通过双层辉光等离子表面合金化技术在纯铜表面制备得到致密均匀的渗钽层,可有效地提高纯铜的耐磨性能和耐腐蚀性能。