纯铌表面渗碳层的结构与摩擦磨损性能

采用真空渗碳技术对纯铌进行表面渗碳处理，通过扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析渗碳层的微观形貌、元素分布和物相结构，通过表面划痕、纳米压痕和摩擦磨损实验评价渗碳层与基体的结合强度、硬度和耐磨性能。结果表明：纯铌经1 400℃渗碳12 h后的渗层厚度约为37.8μm,由内、外两层组成，外层全部为NbC相，内层包含NbC和Nb₂C两种物相，致密均匀，没有孔洞和裂纹，与基体结合性能良好。通过渗碳极大地提高了纯铌基体的硬度和弹性模量，表面纳米硬度从1.8 GPa提高到23.5 GPa。与纯铌相比，与Si₃N₄摩擦副配对摩擦过程中渗碳层的摩擦系数从1.03降至0.62,比磨损率由21.6×10^-5 mm³/(N·m)降至1.12×10^-5 mm³/(N·m),耐磨性得到提高。纯铌表面出现严重的磨损，磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损，而渗碳后的材料由于硬质相NbC的存在，仅发生轻微磨损，磨损机制为磨粒磨损。