【摘 要】
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海洋运输在国际贸易总运量中占比超过2/3。海洋资源开发战略的提出进一步扩大了海洋服役设备的需求。在海洋的高湿、高盐环境下,关键摩擦副零部件受到电化学和摩擦的双重作用,加速了零部件的损伤失效,致使其服役寿命大幅缩减。因此,研究海洋苛刻环境下具有耐腐蚀、耐磨损的零部件表面防护材料成为重中之重。本论文利用高熵合金四大效应和非金属小原子改性机理,通过磁控溅射的方式在Ar气保护下分别沉积了C、N改性的VAl
【基金项目】
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国家重点研发计划(Grant No.2018YFB2000300); 国家自然科学基金(Grant No.51775539); 浙江省自然科学基金(Grant No.LR20E050001);
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海洋运输在国际贸易总运量中占比超过2/3。海洋资源开发战略的提出进一步扩大了海洋服役设备的需求。在海洋的高湿、高盐环境下,关键摩擦副零部件受到电化学和摩擦的双重作用,加速了零部件的损伤失效,致使其服役寿命大幅缩减。因此,研究海洋苛刻环境下具有耐腐蚀、耐磨损的零部件表面防护材料成为重中之重。本论文利用高熵合金四大效应和非金属小原子改性机理,通过磁控溅射的方式在Ar气保护下分别沉积了C、N改性的VAlTiCrSi和VAlTiMoSi涂层。研究了具有不同C、N含量涂层的微观结构及其在人工海水环境的摩擦磨蚀性能,并通过对不同涂层化学成分、显微结构、纳米硬度和弹性模量的测试分析,阐明了涂层具有良好摩擦磨蚀性能的内在本质。随后通过对摩擦试验后的磨痕进行更深入地分析表征,分析了不同C、N含量涂层的摩擦学机理。最后通过对材料进行700℃热处理,弄清了高熵合金涂层热处理后微观结构变化规律、摩擦磨蚀和电化学性能特征。基于C、N原子尺寸小,便于用于调控物质微观结构,且碳化物具有较好的摩擦性能,氮化物能够显著提升材料的力学性能,制备出了VAlTiCrSi、VAlTiCrSiCx(x=1000w,2500 w)和VAlTiCrSi N涂层。通过调控镀膜功率调整涂层中C、N原子的百分比含量,研究了不同C、N含量高熵合金涂层的显微结构、硬度、弹性模量及摩擦学性能。结果表明,VAlTiCrSi和VAlTiCrSiCx涂层都为非晶结构,VAlTiCrSiCx涂层呈柱状生长,碳的引入使得涂层表面变得光滑和致密,VAlTiCrSi N涂层磨损率和摩擦系数相对较高,通过摩擦、电化学进一步研究了C、N调控涂层磨损、电化学机理。为探究C、N原子影响高熵合金涂层微观结构是否具有一致性,制备出了VAlTiMoSi、VAlTiMoSiCx(x=1000 w,2500 w)和VAlTiMoSi N涂层,通过调控镀膜功率调整涂层中C、N原子的百分比含量,研究了不同C、N含量高熵合金涂层的显微结构、硬度、弹性模量及摩擦学性能。结果表明,VAlTiMoSi、VAlTiMoSiCx和VAlTiMoSi N涂层均为柱状生长,VAlTiMoSi N涂层为FCC结构。通过在3.5 wt%NaCl溶液环境中的电化学测试研究了涂层的耐腐蚀机理。热处理常用于提升材料的性能,对制备的不同涂层进行热处理,探究了退火处理对涂层微观结构、电化学、摩擦磨蚀的影响。结果表明,涂层经过退火后,柱状结构变得不明显甚至消失,涂层变得更加致密。热处理为涂层的晶体结构转变提供了能量,通过纵横向比较两种体系涂层研究了热处理后涂层的摩擦和腐蚀机理。
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