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本文针对AZ91D镁合金表面耐磨、耐腐蚀性能差等问题,首次尝试采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀膜技术在镁合金表面施镀Al/Ti多层膜,并结合等离子体渗氮对其进行表面改性。通过热力学计算,对镁合金表面表面复合改性可能生成的金属间化合物和出现氮化物相进行了预报;借助OM、SEM、XRD、EDS等手段,并结合显微硬度、耐磨性和耐蚀性能测试,对AZ91D镁合金表面Al/Ti多层膜及其渗氮层进行了形貌观察、改性层中的元素分布及表面相结构分析、及改性层的性能进行了表征。研究结果表明,Al/Ti多层膜表面呈现颗粒状组织,较为平整,但也存在少量缺陷;复合改性后,试样表面宏观上出现不同程度的褶皱,由于应力的作用,有些试样表面出现了明显的裂纹,微观上颗粒长大相互连接形成片状,致密度增加。复合改性后,膜层中出现了Al3Ti、Mg17Al12等金属间化合物,另外还检测到部分Mg,且发生了明显的择优取向。基于截面形貌观察及元素分布,Al/Ti多层膜呈现明显的多层状,渗氮处理后,基体与膜层发生了明显的扩散,其中Mg元素的扩散能力最强,随着温度的增加,Mg、Al之间发生了充分互扩散,这计算结果吻合较好。显微硬度测试结果表明,复合改性后试样的表面硬度随着渗氮温度的提高而增加。固溶态AZ91D镀10层膜后经425℃渗氮8h后其表面硬度高达200HV0.01,约为改性前的4倍。摩擦磨损结果指出,样品经镀渗复合改性后摩擦系数没有明显变化,但经过时效处理后,摩擦系数明显减小,摩擦性能有所提高。腐蚀性能结果表明,复合改性后样品的腐蚀电位较基体有了不同程度的提高,极化曲线测试结果及形貌观察显示,固溶态AZ91D镀10层膜并于375℃渗氮后样品的耐腐蚀性能最好。综合力学性能和耐蚀性能结果得出,固溶态AZ91D镀10层膜并于375℃渗氮后试样的综合性能较佳。