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高熵氮化物硬质涂层的设计制备及腐蚀-摩擦学性能研究

摩擦消耗了全世界三分之一的一次能源都，80%的机器零部件都是因磨损而失效，而这种情况在海洋环境下变得更加严重和复杂。与陆地情况下的摩擦不同，机械运动部件在海洋环境下会同时遭受摩擦磨损和电化学腐蚀，会导致金属成分严重损失，运动部件间摩擦系数显著升高，消耗大量能源，严重时可造成设备停机。表面涂层技术是提高机械运动部件在海洋环境下使用寿命和服役性能的重要手段之一，本文采用磁控溅射技术在AISI 440 C基体上成功制备了耐腐蚀和耐磨性能一体的 (CrNbTiAlV)N_x 高熵氮化物涂层。通过改变氮气流量来调控涂层的微观结构、力学、电化学和摩擦腐蚀性能。结果表明，随着氮含量的增加，涂层的微观结构逐渐由非晶态转变为致密的纳米晶结构，氮化物涂层具有超高硬度 (> 40 GPa) 和优异膜基结合力 (> 50 N)。在静态腐蚀条件下，组织结构、致密度、晶界和表面化学状态是影响 (CrNbTiAlV)N_x 电化学性能的主要因素。在动态腐蚀-摩擦条件下，除上述因素外，机械性能和表面完整性显著影响涂层的摩擦-腐蚀性能。当氮气流量为38 sccm时制备的纳米晶涂层在人工海水中具有最佳的摩擦腐蚀性能，其开路电势最高 (~ -0.1 V vs. Ag / AgCl)，摩擦系数最小 (~ 0.162) 和磨损率最低 (~ 7.48 x 10^-7 mm³·N^-1·m^-1)。