CrCN、TiSiN-Ag和Cr/CrN涂层的制备及其在海水环境中的磨蚀行为研究

论文摘要

近年来,我国发展海洋经济的战略定位日益提高,已成为经济发展的引擎之一。然而,海洋经济的发展离不开海洋工程装备的支持,而海水环境的强腐蚀性、低黏度、深海高压以及机械系统运行过程中各种形式摩擦磨损的存在,使海洋工程装备中关键摩擦副零部件面临着比陆地更为苛刻的服役条件,摩擦磨损问题一直是制约其发展的瓶颈。目前,解决该问题的方法是在基体上进行涂层包覆,常采用的工艺包括多弧离子镀、喷涂等工艺。因此本文采用多弧离子镀技术在316L、TC4和H65 Cu基体上制备了CrCN、TiSiN-Ag和Cr/CrN三种典型的海水环境用氮化物涂层,通过对涂层材料的微观结构进行表征和的力学性能、电化学性能以及摩擦学性能进行分析,分别比较不同沉积偏压、不同Si元素掺杂比以及不同基体材料对这三种涂层海水环境磨蚀行为的影响,揭示不同基体上涂层在海水中的磨蚀机理,以期为海水环境耐磨蚀涂层材料的选择和制备提供参考。本文的主要研究内容如下:1.通过控制沉积时的基体偏压（-30V/-50V）获得了以316L、TC4和Cu为基体的CrCN涂层,并分别对其在模拟海水环境中的耐磨蚀性能进行研究,得出偏压为-50V的涂层表现出较好的综合力学性能和耐摩擦腐蚀性能,这主要是由该涂层中较多的Cr2N相和纳米晶/非晶混合结构造成的;同时,以TC4为基体的涂层具有相对较好的耐摩擦及耐腐蚀性能,以Cu为基体的涂层性能相对较差。2.通过控制沉积时Si元素的掺杂量（5wt.%/8wt.%）获得了以316L、TC4和Cu为基体的TiSiN-Ag复合涂层,并分别对其在模拟海水环境中的耐磨蚀性能进行研究,得出Si元素掺杂量为8wt.%时的涂层表现出较好的综合力学性能和耐摩擦腐蚀性能,这主要是由该涂层中较多的纳米晶复合结构造成的;同时,以TC4为基体的涂层具有相对较好的耐摩擦及耐腐蚀性能,以Cu为基体的涂层被磨穿。3.通过控制基体材料（316L/TC4）获得了不同基体的Cr/CrN多层涂层,并分别对其在模拟海水环境中的耐磨蚀性能进行研究,得出以TC4为基体的涂层具有相对较好的综合力学性能、电化学性能和摩擦学性能,其主要原因为该涂层在沉积过程中张应力较小且TC4基体的晶体致密度大、比强度高、耐腐蚀性能较好。图38幅,表5个,参考文献151篇。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 硬质涂层及其应用
•   1.2 几种典型的氮化物硬质涂层
•     1.2.1 CrN涂层研究现状
•     1.2.2 TiN涂层研究现状
•     1.2.3 氮化物涂层发展趋势
•   1.3 海洋工程材料的磨蚀失效问题
•   1.4 选题意义和研究内容
• 2 实验样品制备与研究方法
•   2.1 实验方案
•   2.2 实验样品制备
•     2.2.1 实验材料
•     2.2.2 实验设备
•     2.2.3 样品制备流程
•   2.3 实验研究方法
•     2.3.1 涂层物相结构及微观形貌分析
•     2.3.2 涂层力学性能分析
•     2.3.3 涂层电化学性能及摩擦学性能分析
• 3 CrCN涂层的制备及性能研究
•   3.1 CrCN涂层的微观结构
•     3.1.1 XRD图
•     3.1.2 SEM形貌
•   3.2 CrCN涂层的力学性能
•     3.2.1 硬度
•     3.2.2 结合力
•   3.3 CrCN涂层的电化学性能
•   3.4 CrCN涂层的摩擦学性能
•   3.5 本章小结
• 4 TiSiN-Ag涂层的制备及性能研究
•   4.1 TiSiN-Ag涂层的微观结构
•     4.1.1 XRD图
•     4.1.2 SEM形貌
•   4.2 TiSiN-Ag涂层的力学性能
•     4.2.1 硬度
•     4.2.2 结合力
•   4.3 TiSiN-Ag涂层的电化学性能
•   4.4 TiSiN-Ag涂层的摩擦学性能
•   4.5 本章小结
• 5 Cr/CrN多层涂层的制备及性能研究
•   5.1 Cr/CrN多层涂层的微观结构
•     5.1.1 XRD图
•     5.1.2 SEM形貌
•   5.2 Cr/CrN多层涂层的力学性能
•     5.2.1 硬度
•     5.2.2 结合力
•   5.3 Cr/CrN多层涂层的电化学性能
•   5.4 Cr/CrN多层涂层的摩擦学性能
•   5.5 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者攻读学位期间发表学术论文清单
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张静

导师: 苏晓磊

关键词: 海水环境,摩擦学,磨蚀,涂层,基体

来源: 西安工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,金属学及金属工艺

单位: 西安工程大学

分类号: TG174.4;P75

DOI: 10.27390/d.cnki.gxbfc.2019.000070

总页数: 83

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