固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

    关键零部件的磨损与腐蚀问题是制约海洋装备稳定运转和长寿命的瓶颈，也是发展海洋经济所面临的主要挑战之一。CrN基硬质涂层以其优异的性能在表面防护领域发挥着重要作用。然而，苛刻复杂的海洋环境工况及长寿命、稳定性的服役要求推动硬质涂层向强韧化、高承载、高耐磨的多层结构方向发展。本论文采用多弧离子镀技术制备了CrN基双重复合涂层以及Cr/Cr₂N和Zr/CrN多层涂层，研究了金属层、氮化物层、界面等对多层涂层结构、耐腐蚀性能和耐磨损性能的影响，探讨了双重复合涂层及多层涂层在海水环境下的腐蚀机制及磨损机理，主要结论如下：

    1.通过多弧离子镀技术制备不同厚度的CrN硬质涂层，并分别采用浸渍涂覆、化学气相沉积和原子层沉积技术再在CrN层表面沉积聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对二甲苯薄膜(PPXC)和氧化铝(Al₂O₃)，分别得到对应的PDMS/CrN、PPXC/CrN和Al₂O₃/CrN双重复合涂层。表层的密封效应及屏障作用与CrN层支撑作用的协同效应使得双重复合涂层在海水环境下具有优异的耐腐蚀和耐磨损性能。

    2.Cr和Cr₂N单层均影响Cr/Cr₂N纳米多层涂层的结构、机械性能、腐蚀与摩擦学性能。多界面的Cr/Cr₂N纳米多层涂层具有较低的孔隙率，在海水环境中具有较高的耐腐蚀性能。合适调制比的Cr/Cr₂N纳米多层涂层具有较高的硬度等机械性能。较高的机械性能和摩擦过程中硬质相镶嵌在润滑相中的摩擦膜的形成使Cr/Cr₂N纳米多层涂层在海水环境中具有较高的承载能力。

    3.Zr/CrN多层涂层的界面清晰，其结构和性能与Zr层和CrN层的厚度比密切相关。当Zr层厚度约为90 nm，CrN层厚度约为285nm时，Zr/CrN多层涂层具有较高的致密度和硬度等机械性能，在海水环境下具有较高的耐腐蚀性能和耐磨损性能。较高的电荷转移电阻降低了Zr/CrN多层涂层在海水环境下的腐蚀速率。在摩擦过程中，Zr/CrN多层涂层呈层层剥落现象。

    4.沉积过程中的Ar等离子处理对CrN涂层的结构和性能产生重要影响。等离子处理过程产生的界面层可有效阻止CrN层的柱状生长，释放涂层内部的应力。适当次数的等离子处理过程可使CrN涂层具有较高的硬度、韧性和膜基结合强度，从而有效提高了CrN涂层海水环境下的腐蚀性能和耐磨损性能。

    5.界面对多层涂层的性能产生重要影响。与Cr层相比，Zr层具有更优异的抗裂纹扩展性能。Zr层与CrN层的局部共格外延生长结构提高了Zr/CrN多层涂层的硬度、韧性等性能。Zr层的抗裂纹扩展能力和CrN层的低摩擦及涂层较高的机械性能使得Zr/CrN多层涂层在海水环境下具有较低的磨损率。