CrN/CrAlSiN涂层海水环境下的摩擦学性能

为提高海洋装备摩擦零部件的摩擦学性能,采用多弧离子镀技术在316L不锈钢上制备了CrN/CrAlSiN涂层。通过XRD、XPS表征涂层的物相及成分,SEM和TEM表征涂层的形貌和微观结构,并用纳米压痕仪测试其硬度,采用摩擦磨损试验机对涂层在大气和海水环境中的摩擦磨损性能进行测试。结果表明:CrN/CrAlSiN涂层的微观结构主要有CrN相、AlN相以及非晶态Si_3N_4包裹CrN、AlN相,(111)择优取向最为明显;基于微观结构与CrN过渡层的设计,CrAlSiN涂层硬度高达35.5 GPa;较之于316L基底,涂层致密的结构使其在海水环境下表现出更好的耐腐蚀性能;在大气和海水环境下,CrN/CrAlSiN涂层的摩擦因数及磨损率均明显降低,在海水环境下达到最优。     

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。     

磁控溅射Cr/CrN和Cr/CrN/CrAlN涂层的抗高温氧化性能

为了提高航空紧固件涂层的高温工况防护能力,采用磁控溅射技术在钛合金表面分别制备 Cr/ CrN 交替涂层和 Cr/ CrN / CrAlN 涂层,研究氧化时间和氧化温度对涂层高温氧化性能影响。 利用 SEM、EDS 和 XRD 进行微观形貌和物相成分分析,采用热重法分析氧化增重量( w) 和氧化速率常数( k) ,使用显微硬度计测试涂层高温氧化后硬度。 结果表明:随着氧化时间和氧化温度的增加,涂层硬度均降低,但 Cr/ CrN / CrAlN 涂层下降趋势更缓; 两种涂层的 w 和 k 均上升,其中 Cr/ CrN / CrAlN 涂层 w 和 k 增幅均低于 Cr/ CrN 交替涂层,950 ℃ 氧化 96 h 后 Cr/ CrN / CrAlN 涂层和 Cr/ CrN 交替涂层的 w 值分别为 40 mg / cm ² 和 135. 7 mg / cm ² ,其对应的 k 分别为 0. 1996 和 0. 4092,说明 Cr/ CrN / CrAlN 涂层抗高温氧化性更好。 Cr/ CrN / CrAlN 涂层活化能 E_a 值比 Cr/ CrN 交替涂层高 48. 5%,Cr/ CrN / CrAlN 涂层在高温下产生 Cr₂O₃ 和 Al ₂O₃ 的混合氧化物,结构更致密,Cr/ CrN / CrAlN 涂层抗高温氧化性能高于 Cr/ CrN 交替涂层。     

恒电位对TiAlN涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的研究不同恒电位对TiAlN涂层在海水环境中磨蚀性能的影响,分析其腐蚀磨损行为。方法用PVD多弧离子镀技术在316不锈钢上沉积TiAlN涂层。通过XRD测试、硬度测试、结合力测试、电化学工作站测试、不同恒电位下磨蚀测试及磨痕截面轮廓测试,分别评价TiAlN涂层的相结构、表面硬度、结合力、电化学性能、摩擦系数和磨损率,通过扫描电子显微镜观察涂层磨痕形貌并分析其磨蚀损伤机理。结果 TiAlN涂层在海水环境下的抗腐蚀性优于基体316不锈钢。在阴极电位下,恒电位增加使涂层的摩擦系数逐渐降低。阳极电位为0.5 V时,摩擦形成的TiO_2基含水化合物颗粒可作为润滑剂,使涂层的摩擦系数迅速降低至0.45。TiAlN涂层在干摩擦条件下的磨损率为5.5678×10-5 mm3/(N·m),在阴极保护电位为-1 V下的磨损率为2.2909×10-6 mm3/(N·m),在开路电位(OCP)下的磨损率为7.4881×10-5 mm3/(N·m)。结论随着加载电位(SCE)的升高,涂层的腐蚀效应愈发明显。涂层在阴极电位下的磨蚀机理主要为塑性变形,在阳极电位下的磨蚀机理主要为疲劳点蚀。     

多界面CrN/CrAlN涂层在海水环境中的腐蚀磨损性能研究

目的 通过多界面结构CrN/CrAlN涂层来提高316不锈钢在海水中的耐腐蚀磨损性能.方法 采用多弧离子镀技术在316不锈钢基底表面制备CrAlN单层和CrN/CrAlN多层涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备表征涂层的微观结构和相组成;借助纳米压痕仪及划痕仪分别测...     

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。     

金属Cr层对Cr/Cr2N纳米多层涂层的性能影响

目的研究金属Cr层对Cr/Cr_2N纳米多层涂层结构和性能的影响,为多层硬质涂层在海洋等腐蚀性介质中的应用提供理论基础。方法采用多弧离子镀技术制备一系列不同金属Cr层厚度的Cr/Cr_2N纳米多层涂层,采用XRD、SEM、纳米压痕及划痕仪测试了多层涂层的结构、微观形貌和机械性能。采用电化学工作站评价了Cr/Cr2N纳米多层涂层在海水环境下的电化学行为,并采用摩擦实验机测试了涂层在海水环境下的摩擦学性能。结果 Cr层对Cr/Cr_2N纳米多层涂层的结构产生了一定的影响。不同Cr层厚度的Cr/Cr_2N纳米多层涂层在海水环境下的磨损率差别不大,均约为1.2×10-6 mm~3/(N·m),具有良好的耐磨损性能。Cr层厚度约为21 nm的Cr/Cr2N纳米多层涂层在海水环境下具有较高的阻抗值,呈现出较高的耐腐蚀性能。结论一定厚度的金属层(如Cr层厚度约为21 nm)和界面是多层涂层呈现较高耐腐蚀性能的关键。Cr/Cr2N纳米多层涂层在海水环境下良好的耐腐蚀和耐磨损性能,使其可应用于海洋等腐蚀性介质中,并发挥良好的表面防护作用。     

调制比对Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜结构及性能的影响

目的 探究Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜的最佳调制比.方法 利用电弧离子镀技术,在TC4钛合金上制备了不同调制比的Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜.利用扫描电子显微镜观察膜层表面和截面形貌;用Image-Pro分析软件对表面的大颗粒进行定量分析;利用X射线衍射法表征膜层的晶体结构;采用维氏硬度计测量膜层的显微硬度;采用划痕试验仪测量膜层与基体之间的结合力(临界载荷);通过基片弯曲法测量并计算得到膜层的残余应力;利用根据ASTM G76-05标准特制的AS600-喷砂试验机进行了抗冲蚀性能测试;采用三维表面轮廓仪测量冲蚀坑深度.结果 膜层表面质量和生长取向与LCr/CrN:LCr/CrAlN调制比密切相关,随着Cr/CrN比例的增加,膜层表面质量越来越好,择优取向由(111)晶面转为(200)晶面.多层膜的硬度随Cr/CrN比例的增加,呈下降趋势,结合力、残余应力和韧性则随之呈先升后降的趋势,并在LCr/CrN:LCr/CrAlN为1:2时,达到最佳.多层膜的抗砂粒冲蚀性能变化与力学性能变化一致,在LCr/CrN:LCr/CrAlN为1:2时达到最佳,其抗冲蚀能力是TC4基材的3倍以上,多层膜呈典型的脆性断裂失效形式.结论 在调制比LCr/CrN:LCr/CrAlN=1:2时,膜层获得最佳的抗冲蚀性能.     

TiN、TiCN和CrN涂层在海水环境下的摩擦学性能

为提高海洋机械系统关键摩擦零部件的摩擦学性能,分别用多弧离子镀制备的TiN、TiCN和CrN涂层进行其表面防护。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X-射线衍射仪(XRD)表征涂层的结构,用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力,并用UMT-3往复式摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能。结果表明,在海水环境中CrN涂层具有最低的摩擦因数。TiN和TiCN涂层已被磨穿,而CrN涂层在海水中最大磨痕深度为1.5μm左右,表明CrN在海水环境中具有良好的耐磨性。CrN涂层在海水中涂层的磨损率小于在蒸馏水中,说明海水的腐蚀作用在磨损过程中不明显,而海水环境良好的润滑性能起了主导作用,导致磨损率较低,这表明CrN涂层在海水环境中主要的磨损机理为机械磨损。     

40Cr钢表面渗氮及制备CrN涂层在重载低速下的摩擦学性能

目的提高40Cr齿轮在重载低速下的摩擦学性能。方法采用离子渗氮和电弧离子蒸发镀(AED)技术在40Cr钢基体上制备了渗氮层和Cr N涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和往复式摩擦磨损试验机,研究了经两种表面处理后40Cr钢的物相组成、形貌和摩擦学性能。结果渗氮样品表面化合物层厚度约10μm,硬度约为558HV。Cr N涂层表面厚度约为4μm,涂层硬度约为1341HV。在60 N载荷的条件下,渗氮处理后40Cr钢的磨损率为104.17×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的粘着磨损和磨粒磨损;制备Cr N涂层后40Cr钢的磨损率为17.36×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。结论在20~60 N法向载荷下,制备Cr N涂层后,40Cr钢均表现出最优异的耐磨减摩性能。     

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/cm²,极化电阻为120 kΩ·cm²。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^...     

多弧离子镀制备Cr/CrN多层厚膜的微观结构和力学性能

通过多弧离子镀（MAIP）在室温下将具有不同调制比（1:2、1:3、1:5）的多层Cr/CrN厚涂层沉积在A100钢基底上。腔室温度在沉积过程中由室温逐渐升高到160~170 ℃。设计调制结构是为了使膜/基结合强度和机械性能最大化。调制比为1:2的Cr/CrN多层涂层表现出最高的膜/基结合强度（L_c=63.8 N）,这可能归因于最高的材料硬度(H)/弹性模量(E)和H³/E²数值比（分别为0.083和0.138）。Cr层越厚,多层Cr/CrN厚涂层的塑性和摩擦学性能越好。干摩擦试验表明,与单层CrN相比,Cr/CrN多层涂层的平均摩擦系数和比磨损率分别最高降低了24%和94%。随着Cr层变厚,磨损机理从表面疲劳磨损转变为磨料磨损,这种现象可归因于硬度和塑性的协调变化。     

Effect of bilayer period on properties of Cr/CrN multilayer coatings produced by laser ablation

Multilayers of alternate Cr/CrN coatings deposited on AISI 301 steel by a pulsed Nd:YAG laser have been tested by microindentation to measure both hardness and Young's modulus. Critical load L_C has been determined by scratch test. The total thickness of multilayers was 1 µm, and the bilayer period Λ varied from between 60 nm and 1000 nm. TEM and EDS techniques were used for investigating and analyzing the microstructure of the multilayers. The results of these measurements show that the mechanical properties of Cr/CrN multilayers depend on the bilayer period. The maximum improvement in performance over a single layer of CrN has been found to be Λ at 250 nm, particularly in terms of critical load and Young's modulus.     

Ni含量对CrN涂层抗磨蚀性能的影响研究

目的 探究在模拟海洋环境下,Ni的掺入对CrN涂层耐磨性能的影响,研究不同Ni含量的CrNiN涂层的磨蚀行为。方法 采用磁控溅射方法对CrNiN涂层中的Ni含量进行调控,制备CrN涂层、Ni掺杂含量分别为15.85%(原子数分数)和39.06%的CrNiN涂层。通过干摩擦试验和模拟海水磨蚀试验,对3种涂层的力学性能和磨蚀行为进行研究对比,并分析其摩擦损伤机理。结果 在干摩擦试验条件下,CrNiN涂层的摩擦学性能主要由涂层的力学性能决定,Ni原子数分数为15.85%的CrNiN涂层兼具高硬度和良好韧性,磨痕最浅,其磨损率在3种涂层中最低,为9.1×10^–7 mm³/(N.m),而在模拟海洋磨蚀的开路电位(OCP)下,Ni原子数分数为15.85%的CrNiN涂层的磨损率大于CrN涂层,CrN涂层具有最低的摩擦因数以及最低的磨损率。3种涂层在正电位(+0.6 V)时的磨损率显著大于开路电位(OCP)下的磨损率,说明腐蚀降低了涂层的耐磨性。通过对腐蚀产物进行分析,表明CrN的腐蚀产物主要是CrO2以及Cr2O3,具有一定的润滑作用,而含Ni的CrNiN涂层在腐蚀过程中产生了NiO,对涂层的耐磨性产生了不利影响。结论 在干摩擦试验条件下,CrNiN涂层的摩擦学性能主要由涂层的力学性能决定,Ni原子数分数为15.85%的CrNiN涂层兼具高硬度和良好韧性,从而更耐磨。在模拟海洋磨蚀试验条件下,CrNiN涂层的腐蚀产物严重影响其磨蚀性能。