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Cr-Mo-Si-C-N基薄膜在海水环境下的磨损腐蚀特性研究

Cr-Mo-Si-C-N; 薄膜；摩擦腐蚀；海水

本文讨论了应用于海洋环境中的具有不同梯度碳含量的CrMoSiCN涂层的综合性能，并进一步阐述不同梯度碳含量下涂层中钼元素含量的变化对涂层的性能的影响，旨在研究钼元素对CrMoSiCN涂层在海水环境下微观结构，力学性能及磨损腐蚀特性的影响，对于海洋环境中耐磨防腐纳米复合涂层的设计提供新的思路。采用闭合式非平衡磁控溅射技术在Ti-6Al-4V合金上制备出不同的梯度碳含量的CrMoSiCN涂层，梯度碳含量的实现是通过控制石墨靶功率和TMS（三甲基硅烷）的流量来实现的。另外，分别通过控制沉积时钼靶的溅射电流来实现不同钼元素含量的掺杂，最终得到不同梯度碳含量下掺杂不同钼元素含量的纳米复合涂层。研究发现，对于不同梯度碳含量的涂层，随着碳含量的增加，CrMoSi(C)N涂层的磨损腐蚀特性增强，其在极化条件下的磨损腐蚀试验中，碳含量高的涂层表现出低的自腐蚀电流密度，原因是适量的碳掺杂形成了非晶相CN_x，增加了薄膜的绝缘性，提高了其磨损腐蚀性能。但是随着碳含量增加，涂层中逐渐形成了非晶碳a-C，导致涂层硬度会降低。另外，通过研究不同含量钼元素对涂层的综合性能影响发现，涂层中形成了（Cr，Mo）N置换固溶体，固溶强化效应有助于提高涂层的硬度和附着力。另外，随着钼含量的进一步增加，涂层中会形成更多的Mo₂N相，导致涂层的硬度降低。另外，钼元素的掺杂和高钼含量都有助于提高涂层在海水环境下的摩擦学特性和磨损腐蚀性能。此外，通过在海水中的电化学腐蚀试验发现其腐蚀产物MoO₃在一定的条件下能够缓解涂层的腐蚀速率，从而提高其腐蚀特性。