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薄膜/涂层复配防护体系构筑及损伤机理

薄膜/涂层复配；摩擦；腐蚀磨损；苛刻复杂工况

力学、热力学、电化学等多因素耦合摩擦腐蚀交互服役环境的苛刻与复杂性使现有防护体系面临重大挑战。充分利用PVD气相沉积DLC薄膜孔隙率低、硬度高和HVOF热喷涂CrC-NiCr涂层厚度大、承载能力高的优势，克服单一薄膜承载能力低、脆性大和涂层硬度低、孔隙率高的摩擦腐蚀交互失效问题，构筑了一种薄膜/涂层复配防护体系。引入约100 μm厚度NiCr-Cr₃C₂涂层，使三类典型DLC(a-C,a-C:H,a-C:Cr)薄膜表面摩擦接触应力均匀传递、应力集中减小，显著改善了膜基结合强度与薄膜承载力，临界划痕结合力高达47N；DLC/NiCr-Cr₃C₂复配涂层具有更低且稳定的摩擦系数；NiCr-Cr₃C₂涂层减缓摩擦过程中DLC薄膜的石墨化进程，进而提升其抗磨损性能，抗磨损性能提高近10倍。复配涂层在0.5M H₂SO₄和NaOH腐蚀磨损过程中，连续石墨化转移膜的形成使a-C DLC薄膜呈现低的摩擦系数，强C=O键合力和低的石墨化转移使a-C:H DLC薄膜呈现高摩擦系数和低磨损率，Cr_xC_y相的高耐酸腐蚀能力和低抗碱腐蚀能力以及石墨化诱导使a-C:Cr薄膜呈现最低的抗碱腐蚀磨损性能和最好的耐硫酸腐蚀磨损性能。PVD气相沉积DLC薄膜和HVOF热喷涂CrC-NiCr涂层复配防护体系有望为苛刻工况工程设计提供基础理论支撑和技术工艺指导。