本文系统研究了CrN/ZrN、CrN/NbN多层/纳米多层涂层的沉积机制及腐蚀磨损性能。选用AISI 1045钢作为基体，采用电弧离子镀技术沉积了5种不同工艺的CrN/ZrN多层/纳米多层涂层。交替开启Cr靶和Zr靶，制备CrN/ZrN多层涂层，命名为M1（由6层CrN和6层ZrN组成，最上层为ZrN）；同时开启Cr和Zr靶，改变试样架转速（2 r/min、3 r/min、5 r/min和6 r/min）制备CrN/ZrN纳米多层涂层，分别以M2~M6命名。涂层截面微观形貌结果显示，CrN/ZrN多层/纳米多层涂层子层界面清晰，主要物相为CrN和ZrN。CrN/ZrN多层涂层(M1)的腐蚀磨损率最高，为3.52×10^–6 mm³⋅N⁻¹⋅m⁻¹。纳米多层涂层的腐蚀磨损率均低于多层涂层，其中M2涂层的腐蚀磨损率最低，为1.76×10^–6 mm³⋅N⁻¹⋅m⁻¹。结果表明，纳米多层涂层结构有效改善了涂层的腐蚀磨损性能，这是由于纳米多层结构具有良好的“封孔”效果，延缓腐蚀溶液渗透至基体。
此外，为了进一步降低电弧离子镀沉积过程中产生的大颗粒和孔洞等缺陷对涂层腐蚀磨损性能的影响，在AISI 1045钢基体上沉积CrN/NbN 多层/纳米多层涂层，通过多层/纳米多层结构设计和引入离子刻蚀工艺降低涂层缺陷密度，进而提升涂层综合性能。制备了 6 种不同工艺的涂层，分别以 S1~S6 命名。样品 S1为 NbN 单层涂层；通过交替开启或同时开启 Cr 靶和 Nb 靶的方式分别制备了 CrN/NbN 多层涂层(S2、S3)以及 CrN/NbN 纳米多层涂层(S4~S6)。多层涂层由 6 层 CrN 和 6 层 NbN 组成，最上层为 NbN。此外，在S3、S5涂层沉积过程中插入 3 次时长为 10 min 的离子刻蚀工艺。截面SEM结果显示，S2~S6 涂层均为细小的柱状晶结构，S2、S3 多层涂层层间界面清晰；截面HRTEM 结果表明，S5、S6 涂层为纳米多层结构。离子刻蚀工艺在不改变涂层物相结构和恶化涂层力学性能的同时，打断了大颗粒的连续生长、平滑了涂层表面/界面，从而显著降低了涂层的表面缺陷占比。随着子层厚度的降低，涂层的电化学腐蚀性能和腐蚀磨损性能逐渐提升，其中S6涂层具有最低的腐蚀磨损率，为2.42×10^–6 mm³⋅N⁻¹⋅m⁻¹。本文还对涂层的腐蚀磨损失效行为进行了初步探讨。


 

CrN/ZrN；CrN/NbN; 腐蚀磨损；多层/纳米多层涂层; 离子刻蚀