CrAlN涂層的制備及其海洋摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、海洋中服役的零部件往往受到腐蝕與摩擦的共同作用，導(dǎo)致其快速的失穩(wěn)失效，給海洋工業(yè)裝備帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，在零部件的摩擦部位涂覆PVD涂層是提升裝備可靠性的有效技術(shù)手段。本研究通過多弧離子鍍技術(shù)在316L不銹鋼基體上制備了Cr1-xAlxN涂層，研究了不同Al含量對Cr1-xAlxN涂層在海水中的摩擦學(xué)性能影響，確定了CrAlN涂層應(yīng)用在海水環(huán)境下的最佳鋁含量；在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過改變偏壓優(yōu)化涂層的表面光潔度、組織結(jié)構(gòu)和性能；最后對AlCrN

2、涂層與5種不同的陶瓷摩擦副（Si3N4\SiC\WC\Al2O3\ZrO2）進(jìn)行對磨實驗，分析探討了不同摩擦副對涂層磨損機(jī)理的影響，確定了AlCrN涂層最佳配對的摩擦副材料；結(jié)果如下：
　　1．隨著Al元素的增加，涂層的硬度先增后減，硬度最大為28.5 GPa；組織結(jié)構(gòu)由柱狀轉(zhuǎn)為致密的玻璃狀然后再變?yōu)橹鶢罱Y(jié)構(gòu)。Al含量在65％以下時，由Al含量造成膜的粗糙度、致密性成為影響磨損率的主要因素；Al含量超過65%時，CrAlN涂層具有

3、六方AlN(002)晶面擇優(yōu)取向，AlN相在海水環(huán)境下的水解導(dǎo)致高鋁涂層出現(xiàn)大面積的剝落。Al含量為65%時涂層具有最佳的磨損性能。
　　2．偏壓（-20V—-100V）顯著影響涂層的表面形貌，隨著偏壓的增大，涂層表面顆粒尺寸變小，而顆粒的數(shù)量先減后增；偏壓較低時，粗糙度延長了跑合期，磨損率主要與表面粗糙度有關(guān)。偏壓過高時，涂層應(yīng)力較大，導(dǎo)致摩擦過程中產(chǎn)生大量裂紋，海水易滲入使涂層發(fā)生局部剝落。涂層在-80V具有最佳的機(jī)械性能和摩

4、擦性能。
　　3.AlCrN(Al=65%)涂層與五種陶瓷球（Si3N4\SiC\WC\Al2O3\ZrO2）在大氣、海水中摩擦。結(jié)果顯示：涂層的摩擦行為與陶瓷的性能有很大關(guān)系，在海水中，陶瓷表面發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，并有利于形成液體動壓潤滑，有利于降低涂層的摩擦系數(shù)；由于各陶瓷與海水之間的作用不同，相對大氣環(huán)境下，涂層的磨損率會更大或更小。SiC球表面的微觀凹坑對氧化膜SiO2起到收納作用，同時減少磨粒磨損。較之于其它陶瓷摩擦配副，