电弧离子镀CrN涂层的制备及其性能研究

摘要

CrN涂层作为一种新型硬质涂层，具有硬度高、耐磨性好、优良的耐腐蚀性和抗高温氧化性以及内应力低等优点，已在刀具、模具、装饰等领域得到广泛应用。本文对CrN涂层的电弧离子镀技术工艺进行了系统的研究，并对其在室温下典型工业介质中的腐蚀性能进行了测试，最后还探讨了CrN涂层对两种钛合金)γ-TiAl和O相TiAlNb的高温防护作用，得到了如下结果：
　　 采用电弧离子镀技术制备CrN涂层时，当氮分压很低时，涂层基本上是由Cr和Cr2N组成，表面粗糙，颗粒尺寸较大。随着氮分压增加，Cr和cr2N的衍射峰减弱至消失，CrN的衍射峰增强直至形成单相涂层，表面大颗粒密度、尺寸均减小，继续增大氮分压，涂层表面的大颗粒增加：无偏压时涂层表面粗糙，呈(220)晶面择优取向，随着脉冲偏压的施加，涂层的表面变得均匀平整，大颗粒数量、尺寸明显减少，择优取向晶面转变为(200)，继续增加偏压，涂层表面又有较大熔滴产生；抛光和喷砂均能降低涂层表面大颗粒的形成，抛光促使(220)晶面择优取向，而喷砂有利于(200)晶面的生成。单相CrN涂层的最佳沉积工艺为：氮分压0.8Pa、偏压-300V、喷砂前处理，沉积速度约为10μm/h，显微硬度约为2400HV，摩擦系数约为0.6。
　　 室温下在3.5％NaCl、10％H2SO4、10％NaOH三种介质中，与SS304基体相比，CrN涂层的腐蚀电位均正移，腐蚀电流密度均减小。在3.5％NaCl介质中，基体的极化曲线仅出现非常弱的钝化特征，CrN涂层呈现出明显的钝化现象；在10％H2SO4介质中，基体和涂层均出现明显钝化且出现二次钝化特征；在10％NaOH介质中，CrN涂层极化曲线出现活性溶解现象，基体呈现钝化现象，但涂层的腐蚀电流密度除在不锈钢的致钝区间(52mV-473mV)外均小于基体。阻抗谱显示在三种腐蚀介质中，涂层均呈现出单容抗弧特征，涂层的电荷传递电阻Rt在极化后均有很大的降低，但涂层的Rt比基体的在极化前后都大很多，说明涂层在这三种介质中具有良好的抗腐蚀性能。
　　 800℃、900℃空气中的恒温和循环氧化结果显示CrN、CrN/Cr涂层均能显著降低基体γ-TiAl和O相TiAlNb的氧化增重。两种高温钛合金基体无论是在恒温氧化还是在循环氧化时表面均形成了合金中所有组元的混合氧化膜并出现明显的裂纹和脱落现象，特别是循环氧化时，表面氧化物脱落更严重；然而当其表面镀覆CrN、CrN/Cr涂层后，涂层高温氧化后在其表面生成了一层单一、连续致密、与涂层结合良好的保护性氧化膜Cr2O3，对基体合金起到了良好的高温防护作用。单一的CrN涂层与基体之间均出现不同程度的互扩散现象，当在CrN涂层与基体合金之间施加5μm的纯Cr扩散障涂层后，其有效地抑制了涂层与基体之间的互扩散现象。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 硬质涂层的制备方法

1.2.1 化学气相沉积(CVD)

1.2.2 物理气相沉积(PVD)

1.3 电弧离子镀

1.3.1 电弧离子镀的原理

1.3.2 电弧离子镀的特点

1.3.3 电弧离子镀的发展

1.4 氮化物涂层的应用和研究进展

1.4.1 TiN涂层的应用和研究现状

1.4.2 CrN涂层的应用和研究现状

1.5 本论文的选题意义和研究内容

1.5.1 本论文的选题意义

1.5.2 本论文的研究内容

第二章 实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.2.1 电弧离子镀

2.2.2 涂层的显微硬度检测

2.2.3 涂层的摩擦磨损性能检测

2.2.4 腐蚀电化学性能

2.2.5 高温氧化性能

2.2.6 涂层组织结构分析

第三章 CrN涂层制备工艺研究

3.1 前言

3.2 实验方法

3.3 沉积参数

3.3.1 氮分压

3.3.2 基体偏压

3.3.3 前处理

3.4 涂层表面、截面形貌及XRD图谱分析

3.5 涂层的显微硬度测试

3.6 涂层的摩擦磨损性能测试

3.7 小结

第四章 CrN涂层的腐蚀电化学行为研究

4.1 前言

4.2 实验方法

4.3 实验结果与分析

4.3.1 CrN涂层在3.5％NaCl介质中的腐蚀电化学行为

4.3.2 CrN涂层在10％H2SO4介质中的腐蚀电化学行为

4.3.3 CrN涂层在10％NaOH介质中的腐蚀电化学行为

4.4 小结

第五章 CrN涂层的高温氧化性能研究

5.1 前言

5.2 实验方法

5.3 结果与分析

5.3.1 CrN涂层的制备

5.3.2 恒温氧化

5.3.3 循环氧化

5.4 小结

结 论

参考文献

个人简历

致谢