碳化物金属陶瓷涂层盐雾气氛中腐蚀-磨损交互作用机理研究

海洋气候中腐蚀与磨损交互作用是造成关键零部件表面损伤的重要原因，致使其功能快速失效。采用传统电镀硬铬的表面防护方法，面临镀层服役性能不佳及工艺过程造成巨大环境污染的问题。本项目采用超音速火焰喷涂方法在基体材料上快速、高效的制备Cr3C2-NiCr及WC-10Co4Cr两种典型的碳化物金属陶瓷涂层，研究它们在盐雾气氛中腐蚀-磨损行为的交换作用规律，并与传统硬铬镀层进行性能对比，旨在为碳化物涂层替代硬铬镀层应用于海洋气候关键零部件的表面防护奠定理论基础。本项目是在海洋气候零部件表面防护的研究实践中提出的基础课题，研究结果将为涂层设计和性能提高提供基础数据，同时也会积极促进材料在特定环境气氛中腐蚀-磨损理论的发展。

本项目研究了NiCr-Cr3C2 及WC-10Co4Cr 两种典型的碳化物金属陶瓷涂层在盐雾气氛中的腐蚀-磨损行为，揭示其表面膜的生长与损伤机制，并与传统电镀硬铬对比分析，为碳化物金属陶瓷涂层替代传统电镀硬铬应用于海洋气候的防护提供科学依据。. 开发了超音速火焰喷涂制备碳化物金属陶瓷涂层技术，制备了WC-10Co4Cr和NiCr-Cr3C2两种金属陶瓷涂层。设计系统评价涂层性能方法，包括涂层显微结构、显微硬度、耐磨性、抗疲劳性能与耐腐蚀性能等。设计了盐雾气氛中的腐蚀-磨损行为的测试方法，实现了涂层材料在盐雾腐蚀条件下腐蚀-磨损速率的定量化表征。. 研究结果表明，铬镀层的磨损失效形式为黏着磨损，WC-10Co4Cr涂层为磨粒磨损，而Cr3C2-NiCr涂层同时兼具黏着磨损和磨粒磨损特性。在盐雾气氛中增大摩擦载荷将会使涂层材料的磨损机制发生改变。随着载荷的不断增加，铬镀层的磨损行为由黏着磨损和薄液膜的润滑一起效果双重主导，Cr3C2-NiCr涂层表现出黏着磨损和磨粒磨损双重失效，而WC-10Co4Cr涂层的失效机制由磨粒磨损演变为氧化/腐蚀-磨损失效。. 在摩擦条件下，涂层材料表面氧化膜不断出现破坏与生长现象，致使其腐蚀电位与静态条件不一致。铬镀层及NiCr-Cr3C2涂表面氧化膜在海水及盐雾气氛中快速生长，且不具有防护性能，腐蚀与磨损交互作用，加速了其材料流失速率。WC-10Co4Cr涂层表面虽然也会生长氧化膜，但氧化膜随环境介质改变不大，无论是在纯水还是海水或盐雾气氛中其腐蚀电位接近，这些氧化物或腐蚀产物对摩擦界面起到固体润滑的作用，降低摩擦界面的摩擦系数，有利于降低涂层材料的磨损失重率，所以涂层表现为“腐蚀减轻磨损”的“负”交互作用。. 本项目是在海洋气候零部件表面防护的研究实践中提出的基础课题，研究结果将为涂层设计和性能提高提供基础数据，同时也会积极促进环境气氛材料腐蚀-磨损理论的发展。