我國海洋資源豐富,在陸地資源匱乏的情況下,海洋資源開發(fā)刻不容緩。但海水中富含多種元素,具有強(qiáng)腐蝕性,此外,大多數(shù)海洋設(shè)備零件間不可避免發(fā)生摩擦,磨損腐蝕協(xié)同作用,再加上流體沖蝕等,材料工況極其嚴(yán)苛,導(dǎo)致設(shè)備失效,穩(wěn)定性降低,使用壽命縮短。因此提高材料的耐腐蝕磨損性能是發(fā)展海洋工程的關(guān)鍵問題。陶瓷涂層具有高硬度、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),但其固有脆性嚴(yán)重制約其廣泛應(yīng)用。本文采用離子源輔助非平衡磁控濺射方法,成功制備不同結(jié)構(gòu)的CrSiN/SiN納米多層膜以及CrN/AlN納米多層膜,并研究兩種涂層體系的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、增韌機(jī)制、電化學(xué)性能以及腐蝕磨損行為。主要結(jié)論如下:（1）隨著調(diào)制周期的減小,CrSiN/SiN納米多層膜結(jié)構(gòu)更加致密,這是由于多層膜界面打斷了涂層的柱狀生長。Λ=45 nm的CrSiN/SiN納米多層膜具有最高的硬度和彈性模量,K_IC值隨調(diào)制周期減小而增大,多層膜結(jié)構(gòu)改善涂層韌性。Λ=90 nm以及Λ=360 nm的CrSiN/SiN納米多層膜腐蝕電流密度較TC4鈦合金均降低了3個數(shù)量級,達(dá)到10^-88 A·cm^-2。其... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）平衡磁控濺射的磁場，（b）非平衡磁控濺射的磁場

1緒論涂層力學(xué)性能在一定程度上得以提高。區(qū)域2為柱狀晶組織，此時(shí)涂層生長由原子表面擴(kuò)散過程控制，原子表面擴(kuò)散能量很強(qiáng)，但體擴(kuò)散尚不充分，沉積陰影效應(yīng)下降，因而形成組織較均勻的柱狀晶結(jié)構(gòu)。區(qū)域3為粗大等軸晶組織，由于襯底溫度升高，過程中原子的體擴(kuò)散對涂層生長起主要作用，晶粒迅速長大，最終可能超過薄膜的總厚度，形成充分再結(jié)晶的粗大等軸晶式的晶粒外延組織。圖1.2薄膜區(qū)域生長結(jié)構(gòu)示意圖[11]Fig.1.2Structurezonediagramgrowthofthefilm.因此，要實(shí)現(xiàn)在低溫條件下沉積制備出致密結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量涂層，可以降低工作壓強(qiáng)p和材料的熔點(diǎn)Tm。對基材施加一定的偏壓以及通過離子源輔助沉積也可以提高粒子的能量。1.3涂層腐蝕磨損研究進(jìn)展腐蝕磨損是指在兩個摩擦表面相對滑動過程中，材料表面與周圍介質(zhì)發(fā)生一系列化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，并伴隨機(jī)械作用而使材料產(chǎn)生一定損失的現(xiàn)象。材料在海水或其他電解質(zhì)溶液中的磨損也稱為電化學(xué)腐蝕磨損。整個過程主要受材料性能、腐蝕介質(zhì)、摩擦副、外加載荷以及頻率等因素的影響。腐蝕磨損并不是單純的腐蝕和磨損結(jié)合，腐蝕行為和磨損行為會互相促進(jìn)，兩者協(xié)同作用加速材料失效。對材料腐蝕磨損性能研究主要表征其磨損量，材料3

1緒論在海水中的擴(kuò)展。當(dāng)涂層與WC球在海水中摩擦?xí)r，涂層裂紋在滑動面以下擴(kuò)展�；瑒臃磸�(fù)進(jìn)行的過程中，海水可進(jìn)入涂層。裂紋尖端的涂層元素被激活，在Cl離子的溶解作用下，裂紋尖端的涂層原子間的結(jié)合力大大減弱，由此促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展甚至發(fā)生斷裂。此外，海水靜壓與腐蝕作用協(xié)同，可使表層裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，加速涂層的斷裂，促進(jìn)分層（圖1.3（c）），最終在海水中滑動作用下形成涂層斷裂。實(shí)驗(yàn)對比證明多層膜結(jié)構(gòu)有效抑制裂紋的擴(kuò)展,提高涂層耐腐蝕磨損性。圖1.3磨損坑的形成過程示意圖：（a）裂紋產(chǎn)生，（b）裂紋擴(kuò)展，（c）磨損塊分層。Fig.1.3Thesketchofformationprocessofwearpit:(a)crackgeneration,(b)crackpropagation,(c)delaminationofwearblock.陶瓷/陶瓷涂層體系主要以氮化物的研究為主。圖1.4解釋了CrN/AlN納米多層膜腐蝕磨損性能增強(qiáng)的可能機(jī)制。對于單層CrN涂層，能量最低原理導(dǎo)致CrN涂層柱狀晶結(jié)構(gòu)生長，柱狀晶界是易萌發(fā)裂紋的區(qū)域，腐蝕介質(zhì)沿著裂紋滲透進(jìn)入涂層，加速涂層的失效[22]。多層膜界面打斷了涂層的柱狀結(jié)構(gòu)，使涂層變得致密，由于多層膜具有良好的“封孔效果”，能夠有效阻止溶液進(jìn)入涂層對基材造成腐蝕，也在很大程度上提高了耐腐蝕磨損性能。5

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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