多弧离子镀制备的大厚度Cr/Cr_2N/CrN多层涂层的结构和力学性能（英文）

采用多弧离子镀制备一种厚度为24.4μm的Cr/Cr2N/CrN多层结构涂层。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、能量散射谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对涂层进行表征,并用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力。用UMT-3MT往复式摩擦磨损试验机对涂层在大气和海水环境中的摩擦性能进行测试。结果表明,该涂层由3种相结构组成,分别是Cr相、Cr2N相和CrN相。相对于单层CrN涂层,多层涂层的结合力明显提高,该涂层的硬度为(21±2)GPa。多层结构涂层在人工海水中的耐蚀性能显著优于单层CrN涂层的耐蚀性能,且在大气和海水中多层结构涂层的摩擦因数均低于单层CrN涂层的摩擦因数。     

基体材料对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的 讨论海水环境下不同基体材料对Cr/CrN交替的多层复合涂层磨蚀性能的影响,为海水环境下耐磨蚀材料基体的选择和应用提供参考。方法 采用多弧离子镀技术在316L不锈钢和TC4钛合金基体上沉积Cr/CrN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层材料的微观结构进行表征,通过硬度测试、结合力测试、电化学分析、摩擦磨损试验等技术对涂层材料的力学性能、电化学性能以及摩擦学性能进行分析,比较不同基体对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响。结果 以TC4钛合金为基体的Cr/CrN多层涂层的硬度为1727.2HV0.3,虽略小于以316L不锈钢为基体的涂层硬度（2241.5HV0.3）,但其在膜-基结合力、海水环境下电化学性能和摩擦学性能等方面均优于以316L不锈钢为基体的涂层。结合力测试中,以TC4为基体的多层涂层初始裂纹出现在31 N,扩展裂纹出现在42 N,大于316L基体涂层的22 N和35 N。电化学测试中TC4基体涂层的腐蚀电位为?0.20 V,大于316L基体涂层的腐蚀电位（?0.21 V）。海水环境下TC4基体涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.35和2.9950×10?5 mm3/(N?m),均小于316 L基体涂层的平均摩擦系数（0.36）和磨损率（4.9895×10?5 mm3/(N?m)）。结论 TC4钛合金更适合作为海水环境用Cr/CrN多层涂层耐磨蚀材料的基体材料。     

TiAlN/CrN多层膜的组织结构及耐蚀性机理

目的研究Ti AlN/CrN多层膜及Ti AlN、Cr N单一膜层的微观组织和电化学性能区别,分析不同结构薄膜材料的耐腐蚀性影响因素。基于电化学参数、组织结构和腐蚀形貌特征,为开发新型腐蚀性薄膜提供理论依据。方法采用多弧离子镀方法,在316不锈钢基底上先沉积150 nm Cr薄膜作为过渡层,然后交替沉积Cr N薄膜和Ti AlN薄膜,制备单层厚度为10 nm的Ti AlN/CrN多层膜。作为对比,制备单一Ti AlN、CrN薄膜。通过SEM、XRD表征薄膜断面形貌、组织结构,并分析耐蚀机理,结合极化曲线和阻抗谱对三种涂层进行电化学性能分析,最后对涂层进行浸泡腐蚀试验。结果 Ti Al N/Cr N纳米多层膜为面心立方结构,呈现共格外延生长,且呈(200)择优取向。纳米多层膜的动电位极化曲线测量结果与不锈钢基体和单层薄膜相比,其腐蚀电位正移为-0.36 V,腐蚀电流密度降低为0.501μA/cm~2,极化电阻为120 kΩ·cm~2。阻抗谱试验结果表明,相比较于单层膜和基体,Ti Al N/Cr N多层膜的CPE值最低,为29.83×10~(-6)Ω~(-1)·cm~(-2)·sn,n值为0.922,电阻为1.50×1~06Ω·cm~2。腐蚀形貌分析可得出,多层薄膜腐蚀后表面形貌与沉积态涂层形貌最为接近,认为其具有较高的耐腐蚀性。结论纳米层状结构改变了单一薄膜的原始生长模式,抑制了粗大柱状晶的生长,减小了薄膜的固有缺陷、晶粒尺寸,对薄膜的耐蚀性有正面积极的作用。     

调制周期对Cr/CrN纳米多层膜的结构与性能的影响

采用多弧离子镀技术在65Mn钢表面制备了不同调制周期的Cr/CrN纳米多层膜.采用俄歇能谱仪(AES)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米硬度仪、轮廓仪和划痕仪,分析了不同调制周期Cr/CrN纳米多层膜的成分分布、微观结构、力学性能、残余应力和结合强度.结果表明,Cr/CrN纳米多层膜的表面平整致密,截面层状调制结构清晰,其调制结构为Cr层-过渡层-CrN层的"三明治"结构,调制比约为1∶ 1.多层膜由CrN、Cr2N和Cr相组成,在CrN(200)方向上出现择优取向.当调制周期为80 nm时,多层膜的硬度值相对较高.随调制周期的增大,Cr/CrN多层膜的残余应力值减小,结合强度值先增大后减小.当调制周期为120 nm时,涂层的划痕临界载荷值相对较高,为69 N.     

纳米封孔7Cr13电弧喷涂涂层的组织与耐腐蚀性

采用电弧喷涂工艺在基体Q235钢上喷涂了厚度约为150μm的7Cr13涂层,并采用3种封孔工艺对涂层进行封孔处理,封孔剂采用添加不同含量的纳米Al2O3异丙醇溶液的有机硅透明树脂.用乙酸盐雾腐蚀、全浸泡腐蚀以及电化学腐蚀检测了7Cr13涂层与对比材料镀铬层的耐腐蚀性能.结合扫描电镜、光学显微镜对腐蚀前后试样的表面形貌进行了观察和对比.结果表明,涂层呈层状结构,涂层封孔后孔隙率明显降低,涂层结合强度为47 MPa,远高于镀铬层,封孔涂层的耐腐蚀性明显优于未封孔涂层,纳米封孔7Cr13涂层的耐腐蚀性能优于镀铬层.     

锆表面磁过滤阴极真空弧离子镀Cr涂层高温蒸汽氧化行为研究

采用磁过滤阴极真空弧离子镀(FCVAD)技术在纯锆表面制备了厚度约为4μm的Cr金属层,对比研究了它们在不同温度水蒸汽环境中的氧化行为,并利用XRD、XPS、SEM及EDS分析了Cr涂层及氧化膜的物相组成、微观结构及成分分布。结果表明,在900、1000和1100℃水蒸汽环境中,镀Cr涂层大幅度降低了锆的氧化速率,其单位面积氧化增重仅为同一温度下锆基体的1/4、1/6和4/9。氧化初期,Cr涂层表面生成一层均匀致密的Cr_2O_3膜,当Cr层被消耗完后,Cr_2O_3/Zr界面上部分Cr_2O_3被Zr还原成金属Cr,锆基体氧化生成ZrO_2。镀Cr涂层样品的氧化激活能达293.17 kJ/mol。     

磁控溅射制备的Cr/CrN和Cr/CrN/CrAlN涂层耐腐蚀性能对比研究

目的比较Cr/CrN/CrAlN涂层和Cr/CrN交替涂层的耐腐蚀性能。方法利用电化学极化曲线、阻抗谱和中性盐雾试验进行测量,结合扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征微观形貌,分析两种涂层耐腐蚀性能的差异。同时,为研究涂层在服役中的损伤工况,分析了预制划痕对Cr/CrN/CrAlN涂层耐腐蚀性能的影响。结果Cr/CrN/CrAlN涂层的自腐蚀电流密度较Cr/CrN交替涂层和TC4基体低2个数量级,腐蚀速率较小。无损伤的Cr/CrN/CrAlN涂层的极化电阻Rp为868.7 kΩ·cm^2,预制1条损伤划痕涂层的极化电阻为792.0 kΩ·cm^2,而带有5条损伤划痕涂层的极化电阻Rp仅为77.2 kΩ·cm^2,减小至原始涂层的8%。Cr/CrN/CrAlN涂层经288 h连续盐雾腐蚀后增重仅为0.1 mg/cm^2,远小于CrN涂层和TC4基体,且增重速率趋于平缓。CrN涂层在连续盐雾腐蚀24 h后,腐蚀增重速率明显增加。结论由于Cr/CrN/CrAlN涂层结构增加了微裂纹和位错运动的界面阻塞,避免孔隙的连通,阻碍了腐蚀介质进入基体,因此涂层的耐腐蚀性能提高。对于表面预制划痕的Cr/CrN/CrAlN涂层,首先发生涂层的局部腐蚀,通过阴极极化加速后,腐蚀凹坑延伸到涂层/基体界面,加剧涂层的局部剥离。     

Al/Cr复合涂层对Ti2AlNb合金抗热腐蚀性能的影响

目的改善Ti2AlNb合金在高温腐蚀盐环境中的耐热腐蚀性能。方法在Ti2AlNb合金表面通过双层辉光等离子渗铬及磁控溅射镀铝技术制备Al/Cr复合涂层,分析涂层热腐蚀前后的微观形貌和物相组成,并探究涂覆Na2SO4盐膜的试样在不同温度下(750、850、950℃)的热腐蚀行为。结果Al/Cr复合涂层组织均匀致密,且与基体结合良好,厚度约73μm,由表及里依次由Al沉积层、Al/Cr合金层、Cr沉积层、Cr扩散层四部分组成。经不同温度Na2SO4盐热腐蚀后,Al/Cr复合涂层腐蚀程度均显著小于合金基体。涂层试样经750~850℃Na2SO4盐热腐蚀后质量变化较小,850℃腐蚀增重仅0.525 mg/cm^2,而经历950℃、40 h熔盐热腐蚀后失重达到73.571 mg/cm^2,且试样截面出现剥离、脱落现象,Al/Cr复合涂层抵抗热腐蚀能力减弱。结论具有涂层保护的试样抗热腐蚀性能明显优于合金基体。Al/Cr复合涂层在750~850℃Na2SO4盐环境中具有良好的热腐蚀抗力,而更高温度段(850~950℃)的热腐蚀抗力下降。Al/Cr复合涂层在Na2SO4盐环境中良好的抗热腐蚀性得益于涂层中Al、Cr元素氧化形成以Al2O3、Cr2O3为主的混合氧化膜,有效阻碍外界氧气及腐蚀性介质侵入基体。     

电镀-高温氧化制备Cr2O3阻氚涂层

采用电镀-高温氧化技术在321不锈钢基材表面制备出了Cr_2O_3涂层,研究了氧化时间及氧化温度对涂层组织结构和表面形貌的影响。利用XRD、SEM、EDS等分析测试手段对涂层的组织结构、元素分布及形貌进行了表征,并对涂层的抗腐蚀性能和阻氢性能进行了测试。结果表明,电流密度为0.3A/cm~2、氧化温度为700℃、氧化时间为4h下获得的Cr_2O_3涂层,晶粒尺寸均匀,约为1μm,晶粒之间结合紧密,孔隙少;Cr_2O_3涂层与基材之间存在Cr-O的过渡层,使Cr_2O_3涂层与基材结合紧密,界面处无空洞、裂纹等缺陷;且该涂层具有良好的抗腐蚀性能(自腐蚀电流密度仅为0.98×10~(-4)μA/cm~2)和抗热冲击性能(300次),阻氢渗透性能比基材提高了10.5倍。     

Cr3C2-25%（Ni,Cr）超音速火焰喷涂层的耐磨及耐蚀性能研究

采用超音速火焰(HVOF)喷涂技术在奥氏体不锈钢上制备了Cr3C2-25%(Ni,Cr)金属陶瓷涂层。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、高速高温摩擦磨损试验机和电化学分析仪研究了涂层的显微组织、相结构、耐磨损和耐腐蚀性能。结果表明,该金属陶瓷涂层主要由(Ni,Cr)相、Cr3C2和Cr7C3组成,而且致密、硬度高,与基材结合牢固。涂层的高温磨损可分为黏结相切削和随后的碳化物剥落两个阶段,碳化物的剥落对涂层的磨损起主导作用。涂层在3.5%ZnCl2溶液中具有优良的耐蚀性,其腐蚀产物中含Ni、Cr元素而无Fe的氧化物,说明涂层对基体具有良好的保护作用。     

Effect of number of layers on erosion,corrosion, and wear resistance of multilayer Cr–N/Cr–Al–N coatings on AISI 630 stainless steel

In the present study, multilayered Cr–N/Cr–Al–N coatings were prepared by cathodic arc physical vapor deposition (PVD) with different numbers of layers and the same total thickness on AISI 630 steel in an attempt to improve the wear and erosion–corrosion resistance. Structural analysis of the coatings was performed by field scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), and energy-dispersive spectroscopy. Depth profiles and roughness parameters of worn surfaces were calculated after erosion and wear tests. XRD indicated that nitride compounds were formed in multilayer coatings by PVD. The Cr–N/Cr–Al–N coating exhibited superior corrosion resistance compared with AISI 630 substrate. The erosion–corrosion results revealed that the smoothest wear track with the minimum erosion rate and wear depth was obtained for five- and seven-layered coatings. The failure mechanism of the bare substrate was influenced by plastic deformation via cutting and plowing, while the failure mechanism for coated samples was chipping and delamination. According to the wear results, the multilayer coatings showed a lower friction coefficient and better surface morphology that demonstrated their high ability for wear protection.     

钛合金表面离子束增强沉积的Cr和CrMo合金膜层及其性能

利用多功能离子束增强沉积(IBED)设备，在Ti6Al4V钛合金表面制备Cr和CrMo合金膜层，以提高钛合金表面的耐磨性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、辉光放电光谱仪和显微硬度计分析和测试了IBED膜层的结构、形态、成分分布、硬度和膜基结合强度的大小。利用球一盘磨损试验机和电化学综合测试仪研究了IBED膜层的摩擦学性能和电化学腐蚀特性。结果表明，利用IBED方法可以在难镀材料钛合金表面制备膜基结合强度高、结晶致密和晶粒尺寸达纳米级的高硬度Cr膜和CrMo合金膜层，显著提高了钛合金表面的抗磨性能，且膜层本身有很好的耐Cl^-介质环境电化学腐蚀性能，与钛合金基体之间有很好的接触腐蚀相容性。     

Cr3C2对镍基碳化钨激光熔覆层组织与性能的影响

研究了不同Cr3C2加入量对镍基碳化钨熔覆层显微组织、横截面微观硬度、耐蚀性及耐磨性的影响。结果表明,Cr3C2使熔覆层质量得到改善,涂层中花状、鱼骨状枝晶组织基本消失,组织主要由浅白色块状、黑色不规则块状、浅黑色菱角状组织以及未熔WC颗粒组成。当Cr3C2加入量为10%时,组织中裂纹、气孔等缺陷基本清除,未发现WC的聚集和桥接,熔覆层显微硬度及耐蚀性均有所提高,硬度分布更加均匀。干滑动摩擦摩损试验时,熔覆层表面磨粒磨损特征的犁沟相对较浅,没有WC粒子脱落现象。     

Fe/Cr涂层抗热腐蚀性能研究

设计制造出Fe/Cr粉芯丝材,利用电弧喷涂技术制备出耐高温腐蚀的工作涂层。运用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等研究了电弧喷涂Fe/Cr合金涂层的微观结构、腐蚀动力学和高温下的腐蚀性能。结果表明,该涂层组织致密,涂层中形成Cr2O3或尖晶石型氧化物是其具有优异的抗高温腐蚀性能的主要原因,涂层抗高温腐蚀性能较好。     

Improved properties of Ti-Al-N coating by multilayer structure

Multinary Ti-Al-N coatings are used for various applications where hard, wear and oxidation resistant materials are needed. Here, we prepare TiAlN/TiN nano-multilayer coatings with modulation period of ~ 20 nm in order to further improve the properties of Ti-Al-N coating. Annealing of both coatings up to 700 °C results in an increase in hardness due to the precipitation of cubic Al-rich domains by spinodal decomposition. Multilayer structure results in an increase in adhesion with substrates from ~ 72 N for Ti-Al-N single layer coating to 98 N for TiAlN/TiN nano-multilayer coating. Additionally, the interfaces of TiAlN/TiN nano-multilayer coating retard the outward diffusion of metal atoms (Al and Ti) and inward diffusion of O while exposing coatings in air atmosphere with elevated temperature, and thus improve its oxidation resistance. An improved machining performance regardless of continuous cutting and milling is obtained by TiAlN/TiN nano-multilayer coated inserts, which can be attributed to the combined effects of higher adhesion with substrates and better oxidation resistance.     

铝硅合金表面激光Cr／WC梯度层组织及抗微动磨损性能研究

利用5kWCO2激光器对铸造铝硅合金表面进行两次激光辐照,先后将不同成分的预置合金粉末和基体材料一起熔化后迅速凝固,在其表面获得Cr/WC激光表面梯度层,并对它们的显微组织进行分析,发现在表面梯度层中存在大量的Al/Cr化合物Al9Cr4。在激光表面梯度层中自表及里显微硬度基本呈连续变化趋势,而单次激光表面合金化层与基体之间的显微硬度值有一突变,在基体和激光表面改性层的微动磨损试验中发现,激光改性后的表面抗微动磨损的能力增强,磨损机制不同于铝硅合金基体,而表现出较好的抗粘着损伤性能。     

汽车活塞环表面Ni60A-Cr2O3复合涂层的制备与性能

采用超声速等离子喷涂法在汽车活塞环用45钢表面制备了Ni60A-Cr2O3复合涂层,通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),摩擦磨损试验,电化学试验和浸泡腐蚀试验研究了Cr2O3含量对Ni60A-Cr2O3复合涂层物相组成、显微组织、耐磨性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明:Ni60A-Cr2O3复合涂层中除有增强相Cr2O3外,还含有FeNi3、Fe(C,B)6和Cr23C6等含Cr析出相;随着复合涂层中Cr2O3含量的增加,复合涂层的磨损量呈现先减小而后增加的趋势,在Cr2O3质量分数为35%时磨损量最小,Ni60A-Cr2O3复合涂层中适宜的Cr2O3添加量为35%;Ni60A涂层和35%Cr2O3+65%Ni60A复合涂层的磨损机制分别为黏着磨损和磨粒磨损;极化曲线测试结果和浸泡腐蚀试验结果都表明,在1.5mol/L H2SO4和3.5%NaCl溶液中,35%Cr2O3+65%Ni60A复合涂层的耐腐蚀性能都要优于Ni60A涂层的。     

Wear and corrosion resistance and electroplating characteristics of electrodeposited Cr–SiC nano-composite coatings

Cr–SiC nanocomposite coatings with various contents of SiC nanoparticles were prepared by electrodeposition in optimized Cr plating bath containing different concentrations of SiC nanoparticles. Direct current electrocodeposition technique was used to deposit chromium layers with and without SiC nanoparticles on mild carbon steel. The effects of current density, stirring rate and concentration of nanoparticles in the plating bath were investigated. Scanning electron microscopy was used to study surface morphology. Energy dispersive analysis technique was used to verify the presence of SiC nanoparticles in the coated layers. The corrosion behaviors of coatings were investigated by potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy methods in 0.05 mol/L HCl, 1 mol/L NaOH and 3.5% NaCl (mass fraction), respectively. Microhardness measurements and pin-on-disc tribometer technique were used to investigate the wear behavior of the coatings.