离子渗氮对多弧离子镀CrN涂层摩擦学性能的影响

目的 采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体，以提高大载荷条件下基体表面CrN涂层的耐磨性能。方法 首先采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体，再采用多弧离子镀在强化后的基体表面上沉积硬质CrN涂层。采用金相显微镜和扫描电镜观察分析基体和涂层的微观形貌，采用划痕试验测试涂层与基体的结合力，采用维氏硬度表征涂层及基体不同深度的硬度，通过大载荷摩擦磨损试验研究基体强化对涂层耐磨性的影响。结果 经离子渗氮后，40Cr钢基体的表面硬度由380HV提高至879HV，渗层深度达到0.30 mm；多弧离子镀CrN涂层的表面硬度为2 380HV，厚度为33 μm，涂层的结合力达到37.79 N。摩擦磨损试验结果表明，40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.92，磨损量为43.1 mg，磨痕宽度和深度分别为1 805、224 μm；经离子渗氮后40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.68，磨损量为28.4 mg，磨痕的宽度和深度分别为1 260、156 μm；未强化基体表面CrN涂层的平均摩擦因数为0.55，磨损量为19.4 mg，磨痕的宽度和深度分别为884、89 μm，在摩擦磨损试验中出现了涂层剥落失效现象；经强化后基体表面CrN涂层的平均摩擦因数为0.42，磨损量为2.6 mg，磨痕的宽度和深度分别为328、16 μm，未出现涂层剥落现象。结论 采用离子渗氮强化基体的方法，使基体、渗氮层、CrN涂层形成了硬度梯度，提高了多弧离子镀CrN涂层的耐磨性能，避免在大载荷条件下出现因基体变形引起的涂层脱落失效。

Effects of Ion Nitriding on Tribological Performance of CrN Coating by Multi-arc Ion Plating