多弧离子镀CrCN涂层结构与摩擦学性能研究

摘要

海水环境中服役的机械系统，由于各种形式的摩擦磨损存在，导致多数摩擦关键零部件受损，对易磨损部件的表面防护成为了提高其服役寿命的有效技术手段。本论文采用多弧离子镀技术制备了对海水环境摩擦磨损性能与耐腐蚀性均较好的CrCN硬质涂层，系统对比了基底材料（316 L不锈钢）和CrCN涂层、CrN和CrCN涂层、梯度和均质CrCN涂层在空气，去离子水和海水环境下的摩擦磨损性能和失效机制，结合涂层微观结构提出了改善涂层服役性能的技术路径，通过微观咬合理论模型的构建对摩擦机理进行深入分析，得到阶段性结论如下：
　　1.较之于基底316 L不锈钢，在该基底上沉积CrCN涂层后，硬度从4 GPa提高到22 GPa，H/E和H3/E2分别从0.022和0.002 GPa提高到0.071和0.11 GPa；阳极腐蚀电位从-0.21 V上升到-0.19 V；在大气，去离子水，海水环境下的摩擦系数及磨损率均显著降低，表现出较优异的综合性能。
　　2.较之于CrN涂层，CrCN中的C元素以硬质碳化物Cr7C3的形式在晶界区域偏聚形成“富碳”骨架网络，力学性能与耐海水腐蚀性能均有明显提升，同时涂层表面也因碳化物偏聚出现较大的微区硬度差异，承受载荷时应力不连续状态导致其摩擦系数较 CrN涂层有所降低，表现出较低的磨损率。通过实验对比，显示出 CrCN在水环境下服役的优越性。
　　3.较之于均质CrCN涂层，梯度CrCN涂层平均晶粒较小，Cr7C3(421)晶面的结晶度高，力学性能较好；在海水环境下，梯度CrCN涂层在摩擦过程中对裂纹的萌生及扩展有较强的抑制作用，能有效抵制海水渗透，表现出较好的耐腐蚀性能；同时，在与WC小球反复对磨的过程中，表现出较低的平均摩擦系数与磨损率，磨痕形貌较为光洁。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2表面改性技术及防护方法

1.3 316L不锈钢

1.4 CrN及CrCN涂层

1.5选题依据及研究内容

第二章 实验方案及研究方法

2.1 实验方案

2.2 涂层的表征

第三章 316 L不锈钢表面沉积CrCN涂层的结构及性能研究

3.1微观结构

3.2 力学性能

3.3 耐腐蚀性能

3.4 摩擦学性能

3.4 本章小结

第四章 CrN和CrCN涂层组织及摩擦学性能研究

4.1 涂层微观结构

4.2 力学性能

4.3 耐腐蚀性能

4.4 摩擦学性能

4.5 讨论

4.6 本章小结

第五章 均质和梯度CrCN涂层结构及海水环境下的摩擦学性能研究

5.1 微观结构

5.2 力学性能

5.3 耐腐蚀性能

5.4 摩擦学性能

5.5 本章小结

第六章 结束语

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果