201 / 2021-04-06 11:56:14

抗腐蚀磨损金属氮化物基涂层的缺陷控制

金属氮化物；腐蚀磨损；生长缺陷；多层设计；涂层

腐蚀与磨损耦合作用所引发的腐蚀磨损损伤远大于单一腐蚀损伤或单一磨损损伤，是国防武器系统、海洋工程装备、化工机械装置、流体传动系统等装备系统中腐蚀性环境机械运动部件表面失效的主要形式，也是相关装备系统可靠服役所长期面临的重大挑战。金属元素与氮元素之间的共价键可以使金属氮化物基涂层在腐蚀磨损工况条件下表现出优异的耐蚀性与耐磨性，特别是腐蚀与磨损的弱交互性，因此金属氮化物基涂层被认为是苛刻环境机械运动部件抗腐蚀磨损表面防护最佳的技术途径之一。然而，金属氮化物基涂层在制备过程中却将不可避免地产生各种生长缺陷，时有发生的生长缺陷诱导腐蚀磨损破坏现象，是长期制约其实际服役过程中抗腐蚀磨损防护作用的瓶颈。在控制生长缺陷对金属氮化物基涂层抗腐蚀磨损性能不利影响方面，多层设计的缺陷修复作用比多元设计的缺陷抑制作用更为有效，在多元设计基础上发展多层设计是近年来提高金属氮化物基涂层抗腐蚀磨损性能主要的发展方向。为此，作者及其团队探索了多功能气相沉积多层复合结构、无机/有机跨界多层复合结构、间歇等离子体轰击多层复合结构、异质金属主元交替多层复合结构以及不同尺度“层中层”多层复合结构等多种金属氮化物基涂层的多层结构设计方法，并结合不同多层结构对金属氮化物涂层生长缺陷的控制作用，进一步研究了不同多层结构对金属氮化物涂层抗腐蚀磨损性能的影响规律。相关研究结果为提升金属氮化物基涂层的抗腐蚀磨损性能提供了理论基础和设计依据，为我国高端装备关键机械运动部件的抗腐蚀磨损防护提供了技术支撑。