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炮钢表面电弧离子镀NiCrAlY涂层950℃的高温氧化行为郭策安;张健;郭秋萍;张兆良【摘要】用电弧离子镀方法在炮钢表面制备NiCrAlY涂层,涂层在空气中950℃恒温氧化100h,借助X-射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪对涂层表面氧化膜进行分析,检测其高温抗氧化能力.结果表明,电弧离子镀NiCrAlY涂层950℃空气中氧化100h后表面形成Al2O3 Fe2O3和NiCr2O4三种氧化物,涂层大大提高了炮钢的高温抗氧化性；涂层中的Ni元素与基体中的Fe元素发生剧烈互扩散而在界面两侧呈均匀梯度分布,Cr元素在界面富集,Al元素在界面与O反应形成较致密的Al2O3氧化层；由于扩散和氧化作用,涂层中的相由原来的β-NiAl、γ'-Ni3 Al、γ-Ni与α-Cr变为γ'-Ni3 Al、(Ni,Fe)、(Fe,Ni)与α-Cr.【期刊名称】《电镀与精饰》【年(卷),期】2013(035)005【总页数】5页(P1-4,8)【关键词】炮钢;电弧离子镀;NiCrAlY涂层;高温抗氧化【作者】郭策安;张健;郭秋萍;张兆良【作者单位】沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;沈阳理工大学装备工程学院,辽宁沈阳 110159;驻127厂军事代表室,黑龙江齐齐哈尔 161000;北方华安工业集团有限公司,黑龙江齐齐哈尔161046【正文语种】中文【中图分类】TG174.4引言随着大口径火炮威力和射程的提高，火炮身管的烧蚀和磨损成为各国火炮工作者亟待解决的瓶颈问题［1］。
到目前为止，电镀铬因其具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀、高熔点和低生产成本等优点而广泛应用于身管内膛表面的防护镀层［2-3］，并且结合了激光技术的复合表面处理技术在实弹射击中取得了很好的效果［4］。
但铬电沉积过程中会产生有害物质，处理成本非常高，而电弧离子镀技术是一种绿色技术，具有能量密度高、离化率高、生产效率高和能耗低等优点。
NiCrAlY涂层在模拟烟气中的热腐蚀行为倪进飞; 洪嘉; 刘光明; 李茂东; 张民强; 彭昱晨【期刊名称】《《腐蚀与防护》》【年(卷),期】2019(040)008【总页数】6页(P578-583)【关键词】NiCrAlY涂层; 模拟烟气; 热腐蚀【作者】倪进飞; 洪嘉; 刘光明; 李茂东; 张民强; 彭昱晨【作者单位】广州特种承压设备检测研究院广州510663; 南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063; 东方锅炉股份有限公司材料研究所自贡643001【正文语种】中文【中图分类】TG147.45电站锅炉水冷壁管因磨损减薄导致爆管将影响锅炉的安全运行。
火力发电机组，特别是超临界或超超临界火电发电机组锅炉的过热器与再热器高温段是工作环境最为恶劣的高温承压部件，在长期高温、高压运行过程中，管子微观组织会发生老化，导致材料高温性能劣化，直接影响管子的使用寿命[1-2]。
高强度、高耐蚀性的耐热钢管在实现超临界、超超临界锅炉蒸汽高温和高压化过程中起到了非常重要的作用[3]。
采用热喷涂技术制备涂层是锅炉高温防护的重要手段。
自20世纪70年代以来，NiCrAlY涂层作为黏结层广泛用于抗氧化涂层或热障涂层(TBC)的基体与陶瓷涂层间，其优点是硬度高、抗氧化性能好，热膨胀系数与高温合金及陶瓷接近[4]。
Y元素可以改善各种高温合金的抗高温氧化性，抗热腐蚀性和高温强度，也是高温防护涂层的重要组成，能够有效提高氧化膜的结合力和持久性[5-6]。
在高温氧化气氛中，NiCrAlY涂层表面形成的Al2O3氧化层能有效阻止氧元素向基体扩散，从而保护基体合金[7-8]。
由于锅炉燃煤烟气环境中常含有硫元素，因而在应用时，需要考虑该合金在含硫烟气和煤灰共同作用下的抗烟气腐蚀性能。
本工作通过实验室模拟了不同SO2含量的模拟烟气环境，对NiCrAlY涂层抗烟气腐蚀行为和机理进行了研究。
1 试验1.1 试样制备基材采用Super304H钢，其化学成分(质量分数)为：0.01%C，0.5%Mn，0.045%P，0.03%S，0.3%Si，18%Cr，8.5%Ni，3%Cu，0.5%Nb，0.09%N，余量Fe。
镍型材的表面电化学行为与电化学腐蚀研究引言：镍是一种重要的工程材料，广泛应用于各种领域，包括航空航天、化工、电子等。
然而，在使用过程中，镍型材常常会受到电化学腐蚀的侵害，导致其性能下降甚至失效。
因此，对镍型材的表面电化学行为和电化学腐蚀进行研究具有重要的意义。
本文将就镍型材的表面电化学行为和电化学腐蚀研究进行探讨。
一、镍型材的表面电化学行为镍的电化学行为与其晶体结构、晶界和表面缺陷有关。
镍具有良好的耐蚀性，主要归功于其具有多孔的表面氧化膜。
在正常的工作条件下，镍所处的环境中存在氧、金属阳离子和负离子，这些物质与镍之间发生着复杂的电化学反应。
1. 镍的氧化行为镍的氧化行为可以分为三个步骤：吸附、析氧和电子传递。
镍表面的氧化膜在大气中可以通过吸附氧气生成，而在水中则是通过析氧反应形成镍的氢氧化物。
镍的氧化行为与温度、氧活性和电位有关。
2. 镍的电位行为镍的电位行为对其耐蚀性有着重要的影响。
将镍浸泡在盐酸等酸性溶液中，镍的表面会形成一层钝化膜。
该钝化膜具有较高的耐蚀性，可以保护镍不被腐蚀。
在碱性溶液中，镍的电位会一直向阳极方向移动，导致镍发生溶解腐蚀。
二、镍型材的电化学腐蚀研究电化学腐蚀是指材料在电解质溶液中由于电位差而引起的不可逆反应。
在镍型材的电化学腐蚀过程中，常见的腐蚀形式包括均匀腐蚀和局部腐蚀。
这两种腐蚀形式对材料的性能和使用寿命都会产生不良影响。
1. 均匀腐蚀均匀腐蚀是指材料表面整体均匀地发生腐蚀。
在正常工作环境中，镍通常会形成一个氧化膜，该氧化膜可以保护镍不被均匀腐蚀。
然而，如果镍表面的氧化膜受到破坏或者环境中的腐蚀性物质浓度过高，就可能导致镍的均匀腐蚀。
2. 局部腐蚀局部腐蚀是指材料表面只有一部分区域发生腐蚀。
局部腐蚀是镍型材最常见的腐蚀形式之一，也是最具破坏性的一种形式。
常见的局部腐蚀包括孔蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀开裂等。
局部腐蚀的产生与镍表面的缺陷、材料组织和环境条件等因素相关。
三、防止镍型材的电化学腐蚀为了防止镍型材的电化学腐蚀，可以采取以下几种措施：1. 表面处理对镍型材进行表面处理是一种有效的防腐措施。
ni的镀层腐蚀电位
Ni的镀层腐蚀电位指的是Ni镀层在腐蚀环境中的电极电位。
在腐蚀过程中，金属的电极电位越负，其腐蚀速率就越快。
镀层中的硫含量会影响镍镀层的腐蚀电位。
含硫量越高，镍镀层的电位就越负，离子化倾向越大，腐蚀速率也会相应增加。
不同镀镍溶液中得到的镍镀层，其含硫量也有所差异，例如全氯化物溶液中的含硫量为0%，瓦特溶液中为0.001%-0.002%，半光亮镍溶液中为0.005%，光亮镍溶液中为0.03%，而高硫镍溶液中则为0.1%-0.2%。
腐蚀电位还会受到其他因素的影响，如镀层的厚度、成分、结构以及所处的腐蚀环境等。
因此，在评估镀层的腐蚀电位时，需要综合考虑多种因素。
ni基高温合金γ'相化学腐摘要：1.镍基高温合金概述2.γ"相的化学腐蚀特点3.镍基高温合金γ"相腐蚀机理4.抗腐蚀策略与应用正文：镍基高温合金是一种广泛应用于航空航天、能源、化工等领域的材料，因其具有优异的高温强度、抗氧化性、耐腐蚀性等性能而备受关注。
然而，镍基高温合金在某些环境下会发生腐蚀，其中γ"相腐蚀是一种较为常见的现象。
本文将对镍基高温合金γ"相的腐蚀特点及机理进行分析，并提出相应的抗腐蚀策略。
一、镍基高温合金概述镍基高温合金是指以镍为基体，加入一定比例的铬、钴、钨、钼等元素组成的一种合金。
在高温环境下，镍基高温合金具有较高的抗氧化性、热疲劳性、蠕变性等性能。
其中，γ"相是镍基高温合金中的一种重要相，对合金的力学性能和腐蚀性能具有显著影响。
二、γ"相的化学腐蚀特点1.腐蚀形态：γ"相腐蚀主要表现为局部腐蚀，如点腐蚀、缝隙腐蚀等。
这些腐蚀形态往往导致合金表面出现坑洼、脱落等损伤。
2.腐蚀速率：γ"相腐蚀速率较快，尤其在高温、高湿、含氧环境下，合金的腐蚀速率更为明显。
3.腐蚀产物：γ"相腐蚀产物主要为氧化物、硫化物等，这些腐蚀产物会进一步加剧合金的腐蚀。
三、镍基高温合金γ"相腐蚀机理1.电化学腐蚀：镍基高温合金在含有氯离子、硫离子等活性离子环境下，易发生电化学腐蚀。
活性离子在合金表面与合金元素发生反应，产生局部腐蚀。
2.氧化膜破裂：镍基高温合金在高温环境下，表面会形成一层氧化膜保护层。
然而，在某些条件下，氧化膜会发生破裂，导致合金表面暴露，进而发生腐蚀。
3.合金元素扩散：在腐蚀过程中，合金中的铬、钨等元素会向腐蚀前沿扩散，使得腐蚀产物不断生成并堆积，从而加速腐蚀进程。
四、抗腐蚀策略与应用1.合金成分优化：通过调整合金成分，提高镍基高温合金的抗氧化性、耐腐蚀性。
例如，增加铬、钨等元素的含量，以提高合金的耐腐蚀性能。
镍基耐蚀合金的腐蚀机理及其抑制方法研究引言：镍基耐蚀合金是一种具有优异耐腐蚀性能的高温合金材料，广泛应用于石油化工、航空航天、核工业等领域。
然而，在特定环境中，镍基耐蚀合金仍然存在着一定程度的腐蚀问题，导致其长期使用导致性能下降、寿命减少等问题。
因此，研究镍基耐蚀合金的腐蚀机理及其抑制方法，对于提高合金的耐腐蚀性能具有重要意义。
一、镍基耐蚀合金的腐蚀机理1.1 电化学反应镍基耐蚀合金在腐蚀环境中发生的主要是电化学反应，其中包括阳极和阴极两个半反应。
在阳极区域，金属镍的氧化反应被称为阳极反应，而在阴极区域，溶液中的氧气还原为水被称为阴极反应。
这两个反应共同导致了镍基耐蚀合金的腐蚀过程。
1.2 介电膜形成镍基耐蚀合金在腐蚀介质中形成了一层致密的氧化物膜，称为介电膜。
这个膜层对于限制阳极和阴极反应提供了保护作用。
然而，当腐蚀介质中存在有害离子时，这些离子可能会破坏介电膜的连续性，导致腐蚀加速。
二、镍基耐蚀合金腐蚀抑制方法2.1 合金设计与表面改性合金设计是抑制镍基耐蚀合金腐蚀的有效途径之一。
通过调整合金的成分和微观结构，可以提高合金的耐蚀性能。
此外，通过采用表面改性的方法，如电化学处理、覆盖硬质涂层等，可以进一步提高合金的防腐蚀性能。
2.2 阴极保护阴极保护是一种常用的抑制腐蚀的方法。
通过在镍基耐蚀合金上施加外部电流，使其成为电化学电池中的阴极，从而减缓合金的氧化和溶解反应。
常用的阴极保护方法包括阳极保护、阴极保护涂层等。
2.3 添加缓蚀剂缓蚀剂是一类能够降低金属腐蚀速率的添加剂。
在镍基耐蚀合金的腐蚀中，添加适量的缓蚀剂可以形成一层保护膜，减少阳极反应的发生。
常见的缓蚀剂包括无机盐、有机酸、界面活性剂等。
2.4 表面镀层表面镀层是通过在镍基耐蚀合金表面形成一层具有耐蚀性的涂层，从而提高其抗腐蚀性能。
常见的表面镀层包括镍、铬、钼等。
这些镀层可以提供一个物理障栅，对外界腐蚀介质起到一定的屏蔽作用。
2.5 硅氧化物保护硅氧化物保护是一种常用的镍基耐蚀合金抗腐蚀方法。
镍基合金腐蚀机理与材料保护策略镍基合金是一类具有优异耐蚀性能的材料，被广泛应用于化工、石油、航空航天等领域。
然而，由于工作环境的复杂性和多样性，镍基合金仍然会受到腐蚀的威胁。
本文将从镍基合金的腐蚀机理、腐蚀类型以及材料保护策略三个方面进行详细阐述。
首先，镍基合金的腐蚀机理可以分为两种主要类型：化学腐蚀和电化学腐蚀。
化学腐蚀是指镍基合金与腐蚀介质直接发生化学反应，导致材料表面的溶解和破坏。
化学腐蚀主要是由于酸、碱、盐等强腐蚀介质对镍基合金产生强烈的腐蚀作用。
而电化学腐蚀则是由于腐蚀介质中存在一定的电化学反应，导致了阳极和阴极之间的电流流动，从而引起了镍基合金的腐蚀。
电化学腐蚀可以进一步分为腐蚀介质中的氧化还原反应和金属表面的电化学反应两个方面。
其次，镍基合金腐蚀的类型主要有晶间腐蚀、应力腐蚀、点蚀和服役腐蚀等。
晶间腐蚀是指镍基合金在高温或高浓度腐蚀介质中出现晶间相析出和析出元素去溶现象，从而导致晶间腐蚀破坏。
应力腐蚀是指镍基合金在存在应力的条件下，与腐蚀介质相互作用引起的腐蚀。
点蚀是指在特定条件下，镍基合金表面出现小孔隙或坑洞状腐蚀。
服役腐蚀是指镍基合金在长期使用的过程中，受到工作环境的侵蚀产生的腐蚀现象。
最后，针对镍基合金的腐蚀问题，存在多种材料保护策略可供选择。
首先，合理选择合金成分和热处理工艺可以提高镍基合金的耐腐蚀性能。
例如，增加合金中的Cr和Mo等元素可以提高抗晶间腐蚀性能；优化合金的冷却速率可以减少合金的塑性变形，降低应力腐蚀的风险。
其次，采用物理方法如电镀、电化学抛光等可以修复镍基合金表面的损伤，提高其抗腐蚀能力。
再次，选择合适的涂层材料和技术可以提供一层保护膜，减缓镍基合金的腐蚀速度。
最后，合理设计使用条件，如优化温度和压力等参数，可以降低镍基合金的腐蚀风险，延长其使用寿命。
综上所述，镍基合金的腐蚀机理包括化学腐蚀和电化学腐蚀，其腐蚀类型主要有晶间腐蚀、应力腐蚀、点蚀和服役腐蚀等。
一、概述现代工业中，表面涂层技术的发展对材料的改性以及提高材料的抗腐蚀性能具有重要的意义。
zn-ni合金镀层作为一种重要的防腐蚀涂层，在工业生产中得到了广泛的应用。
然而，zn-ni合金镀层的沉积机理以及腐蚀机理一直是研究的热点和难点。
本文将从沉积机理和腐蚀机理两个方面入手，系统地探讨zn-ni合金镀层的形成过程以及腐蚀行为，为相关研究和工程应用提供理论支持。
二、zn-ni合金镀层的沉积机理1. 电化学沉积机理众所周知，zn-ni合金涂层通过电化学沉积技术制备。
电化学沉积是利用外加电流使阳极溶液中的金属离子在阴极上析出形成金属沉积层的过程。
zn-ni合金镀层的形成主要受到电流密度、沉积时间以及阳极溶液成分等因素的影响。
其中，zn-ni合金镀层的沉积速率和合金成分的控制是关键问题。
2. 沉积机理的表面催化作用表面催化作用在zn-ni合金镀层的形成过程中起到了重要作用。
合适的表面催化剂可以有效提高zn-ni合金镀层的沉积速率和均匀性。
研究表面催化作用对zn-ni合金镀层的形成具有重要意义。
3. 形貌和结构调控形貌和结构对zn-ni合金镀层的性能具有重要影响。
通过调控沉积条件和添加合适的添加剂，可实现zn-ni合金镀层的微观结构和宏观形貌的精密控制。
三、zn-ni合金镀层的腐蚀机理1. 电化学腐蚀机理zn-ni合金镀层的耐腐蚀性能主要受到其电化学腐蚀行为的影响。
zn-ni合金镀层在不同腐蚀介质中的腐蚀行为不尽相同，对其电化学腐蚀机理进行深入研究具有重要意义。
2. 节点腐蚀机理zn-ni合金镀层在实际使用过程中容易出现节点腐蚀问题。
节点腐蚀是指在涂层表面和基材交界处发生的腐蚀现象，严重影响了zn-ni合金镀层的抗腐蚀性能。
3. 其他腐蚀问题zn-ni合金涂层在特定环境中容易发生其他形式的腐蚀，如应力腐蚀、水解腐蚀等，这些腐蚀问题对涂层的稳定性和耐久性提出了挑战。
四、结论本文从zn-ni合金镀层的沉积机理和腐蚀机理两个方面对其进行了系统的探讨。
第52卷 第7期 表面技术2023年7月SURFACE TECHNOLOGY ·149·收稿日期：2023–02–27；修订日期：2023–04–26 Received ：2023-02-27；Revised ：2023-04-26基金项目：天津市多元投入基金重点项目（22JCZDJC00670）；天津市教委科研计划项目（2021ZD005，2022ZD020，2022ZD033）；天津市多元投入基金项目（22JCYBJC01600）Fund ：Major Project of Tianjin Multi-investment Fund (22JCZDJC00670); Scientific Research Project of Tianjin Education Commission (2021ZD005, 2022ZD020, 2022ZD033); Project of Tianjin Multi-investment Fund (22JCYBJC01600) 作者简介：刘艳梅（1976—），女，硕士，副教授，主要研究方向为硬质涂层。
Biography ：LIU Yan-mei (1976-), Female, Master, Associate professor, Research focus: hard films. 通讯作者：王铁钢（1978—），男，博士，教授，主要研究方向为刀具涂层技术。
Corresponding author ：WANG Tie-gang (1978-), Male, Doctor, Professor, Research focus: tool coatings.引文格式：刘艳梅, 张蕊, 朱强, 等. 沉积温度对电弧离子镀AlCrSiN 涂层的影响[J]. 表面技术, 2023, 52(7): 149-157.LIU Yan-mei, ZHANG Rui, ZHU Qiang, et al. Effects of Deposition Temperature on AlCrSiN Coatings Prepared by Arc Ion Plating Technique [J]. Surface Technology, 2023, 52(7): 149-157.沉积温度对电弧离子镀AlCrSiN 涂层的影响刘艳梅1，张蕊1，朱强1,2，王重阳1，白乌力吉1，曹凤婷1，范其香1，王铁钢1（1.天津职业技术师范大学 天津市高速切削与精密加工重点实验室，天津 300222；2.南京航空航天大学 机电学院，南京 210016） 摘要：目的 优化涂层制备工艺，改善AlCrSiN 涂层的力学及摩擦性能。
电弧离子镀氮化铬涂层的高温氧化第36卷增刊22007年8月稀有金属材料与工程RAREMETALMA TERIAI,SANDENGINEERINGV o1.36,Supp1.2Augu~2007电弧离子镀氮化铬涂层的高温氧化李明升,冯长杰2,王福会2(1.江西科技师范学院江西省材料表面工程重点实验室,江西南昌330013)(2.中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室,辽宁沈阳110016)摘要:利用电弧离子镀设备在1Crl1Ni2W2MoV不锈钢基体上沉积了CrN涂层,对涂层的抗氧化性能进行了研究.结果表明,CrN氧化生成Cr203,氧化反应激活能小于cr和crzN的氧化反应激活能,具有低的氧化速率常数,抗氧化性能良好.氧化过程中发生CrN向Cr2N的相转变,涂层中大的压应力的存在对这一转变起了关键作用.关键词:电弧离子镀;氮化铬涂层;高温氧化中图法分类号:TQ153.2文献标识码:A文章编号:1002—185X(2007)$2—699—04 1引言由于氮化铬具有高的硬度和良好的抗氧化性能,因此,它是最有希望的氮化钛涂层替代材料之一….氮化铬涂层通常以离子束辅助沉积【2】,反应磁控溅射[3】及电弧离子镀[41等物理气相沉积(PVD)技术及化学气相沉积(CVD),o】技术制备.随沉积技术的不同和工艺参数的不同,氮化铬的化学组成可以是beeCr,he一Cr2N或fccCrN的单相膜,也可以是C一Cr2N或.Cr2N/CrN等复相膜[.当氮化铬作为航空发动机压气机叶片的防护涂层或者作为高速切削,高温切削刀具硬质防护涂层时,涂层本身良好的高温抗氧化性能是最基本的使役要求.本研究采用双极脉冲偏压电弧离子镀技术,通过优化的沉积工艺,在航空发动机压气机叶片用1Crl1Ni2W2MoV不锈钢上沉积了单相CrN涂层,研究了该涂层的抗氧化性能.2实验方法基体材料选用1Crl1Ni2W2MoV马氏体热强不锈钢,由抚顺特钢生产,名义成分(质量分数,下同)如下:C;0.1-0.16,Cr:10.5～12,Ni:1.4～1.8,W:1.5～2,Mo:0.35-0.5,V:0.18-0.30,Mn:0.6,Si:0.6,S:0.02及P:0.03.将材料切成15mm×10mm×2mm的片状试样,经过机械预磨,抛光和化学试剂(丙酮及精)超声清洗等预处理过程.在氮化铬涂层沉积之前,以Ar等离子体对基片进行离子轰击,进一步清除表面的氧化物及其它污物,提高涂层和基体之间的结合强度.靶材为纯度99.99%的高纯铬.优化的沉积参数如下:沉积温度400℃,(N2+Ar)总压力为2.0Pa,N2分压1Pa,电弧电压20V,电弧电流60A, 基体偏压峰值～600V,频率20kHz,占空~L30%,靶/基距20cm,沉积时间60min.涂层厚度约约6岬.恒温氧化实验在热重分析仪中进行,自动记录氧化温度,时间和重量变化.实验温度分别为700℃, 800℃和900℃.表面和截面形貌在带能谱的扫描电镜(SEM/EDS)上获得,x射线衍射谱是在D/MAX.RA 型x射线衍射谱仪上测得.3结果和讨论图1为CrN在700℃,800℃,和900℃下的氧化动力学曲线,随温度升高,氧化速率有较大增加.吕∞吕∞d—U器Time/h图1CrN涂层在静态空气中的氧化动力学Fig.1OxidationkineticsofCrNcomingsinair图2为CrN在不同温度下氧化10h后的表面SEM收稿日期:2007.02.28基金项目:国家自然科学基金项目(59971052)及江西省自然科学基金项目(0650034)资助作者简介:李明升,男,1971年生,博士,教授,江西科技师范学院江西省材料表面工程重点实验室,江西南昌33001,电话:0791—3801423,E—mail:*************700稀有金属材料与工程第36卷照片.由图2可知,氧化10h后,700℃下的样品表面轻微氧化,熔滴氧化相对严重一些,800℃下的样品形成明显氧化物晶粒,局部分布着长大的氧化物晶粒,900℃下的样品表面形成较均匀结晶更明显的氧化物.图2CrN在不同温度下氧化10h后的表面形貌Fig.2SurfacemOrphOl0giesofCrNOxidizedatdifferenttemperaturef.0rlOh:(a)700℃,(b)800℃and(c)900℃图3为CrN在不同温度下氧化10h后的截面形貌.由图3可知,700℃下表面氧化层并不明显,800℃下形成的氧化层很薄,局部有突起的氧化物,与表面形貌有很好的对应,900℃下的样品表面形成厚约1p,m的连续的氧化层.另外900℃的高温已经引起了不锈钢和涂层之间明显的互扩散,涂层和基体之间形成了厚约1p,m扩散层.为简单起见,假定氧化速率方程符合抛物线规律,由图1通过拟合,CrN在700℃,800℃,900℃下的氧化速率常数分别为3.27~10mg2.cm-4.h～,1.8x104 mg2.cm-4.h.和1.25~10.mg2.cm4.h～.根据A~henius方程:=Axexp(-E~/R图4以logkp对1/T作图近似得到一直线,直线斜率为一0.88723×10,即.E.3D3:一0.88723x10,本实验的CrN氧化的反应激活能为170El/mol,该值小于cr及Cr2N氧化的激活能(10,11],从图4中可以看出, cr和CrN具有相近的激活能.本实验CrN氧化的激活能和Lee等[1】的结果相比相差不大,但氧化速率常数更低,值得注意的是Lee等人所制备的涂层由CrN和Cr2N两相组成,根据已有的报道,CrzN的氧化速率常数要大于CrN,而本实验所用涂层为单相CrN涂层.所制备的CrN具有更低的氧化速率常数,表明其具有更好的抗氧化性能.图3在CrN不同温度下氧化10h后的截面形貌Fig.3CrosssectionmorphologiesofCrNoxidizedatdifferent temperaturefor10h:(a)700℃,(b)800℃and(c)900℃图5为不同温度下CrN氧化10h后的X射线衍射图谱.由图5可知,氧化产物为Cr2O3,随温度升高CrzO,衍射峰强度增加,说明氧化更趋严重.氧化后出现Cr2N,而且随温度升高Cr2N含量增加.CrN氧化的反应方程式为:增刊2李明升等:电弧离子镀氮化铬涂层的高温氧化?701? 2CrN+3/202=Cr203+N2(2)其反应自由能为:G(kJlmo1)=G"+RTln[(PN,)/(尸0,)】=(一883.4+0.101x+RTIn[(eN,)/(尸0,)】(3)G0为一很大的负值,而且随温度升高进一步降低.在平衡态,700℃下1ogt(PN2)/(尸0^)】为28,900℃下log[(PN)/(Po,)】为34,在实验条件下,反应自由能G远小于平衡态的值,CrN能够被氧化为Cr2O3.7y℃10.T'/K'图4抛物线速率常数随温度的变化Fig.4Thetemperaturedependenceoftheparabolicrateconstants 若'晶口量20/(.)图5CrN涂层在静态空气中的氧化后的XRD图谱Fig.5XRDpatternsofCrNcoatingsafteroxidationinair生成Cr2N反应方程式为:2CrN=Cr2N+1/2N2(4)G=G.+RTIn(PN:)"=(127.60—0.0994xT)+RTIn(PN.)"(5)由于在CrN反应形成Cr2O3或Cr2N过程中都有N2生成,N要通过生成物向外扩散,反应前沿的分压应大于10Pa.若以10Pa计,温度低于1010℃时,反应自由能大于0,反应不能向右进行.以上分析没有考虑反应前后固态物质的体积变化,在一般情况下,这种体积变化是可以忽略的.而对于PVD技术沉积的氮化物涂层,文献【13～15]报道存在高达.0.9GPa~.10 GPa的压应力,由于CrN密度小于Cr2N的密度,CrN向CrN转变使体积减小,过程自由能为负值.=W=PA V(6)若以一10GPa计,体积变化引起的过程自由能变化为--33.23kJ/mol.压应力作用下反应(4)的自由能变化为(5)式和(6)式的和.G+Gv=G.+lfl(尸N:)"+PA V=(127.60-0.0994xT)+RTIn(PN.)"33.23(7)由(7)式求得,温度高于679℃时,CrN可以转变为CrN.涂层中大的压应力的存在对相转变起了关键作用.温度的升高有两方面的作用,热力学上使反应驱动力增加,动力学上提高质点扩散速率,因此随温度升高,生成Cr2N增加.4结论CrN氧化生成Cr203,氧化反应激活能小于Cr和CrN的氧化反应激活能,具有低的氧化速率常数,抗氧化性能良好.氧化过程中发生CrN向Cr2N的相转变,涂层中大的压应力对这一转变起了关键作用.参考文献References[1】WenLishi(闻立时),HuangRongfan(黄荣芳).V acuum(真空) [J】,2000,1:1[2】EnsingerWandWolfGK.MaterialsScienceandEngineering [J],1989,l16:1[3】LeeDB,JangYD,MyungHSeta1.ThinSolidFilms[J], 2006,506-507:369[4】LiMingsheng,FengChangjie,WangFuhui.Transactionsof NonferrousMetalsSocietyofChina[J],2006,16:s276[5】DasguptaArup,PremkumarPAntonyeta1.Surfaceand CoatingsTechnology[J],2006,201:1401[6】IchimuraHandKawanaA.JournalofMaterialsResearch[J], 1994,9:151[7】HurkmansA,LewisDB,MflnzWD.SurfaceEngineering[J], 2003,19:205[8】LixZ,ZhangJ,SellmyerDJ.JournalofApplied CrystallographyfJ],2004,37:10l0[9】HonesP,MartinN,RegulaM.JournalofPicsD[J],2003,36:1023[10】OkaforICI,ReddyRGJournalofMetals[J],1999,51:35[1l】MayrhoferPH,WillmannH,MittererC.Surfaceand CoatingTechnology[J],2001,146/147:222O0044.Q.∞m).一稀有金属材料与工程第36卷【12]LeeDB,LeeYC,KwonSC.SurfaceandCoatingTechnology[J],2001,141:227【13】SueJA,PerryAJ,V etterJ.SurfaceandCoatingTechnology[J],1994,68/69:126【14】OdenM,EricssonC,HakanssonGeta1.SurfaceandCoatingTechnology[J],1999,114:39【15]CunhaL,AndritschkyM,PischowKetaLThmSolidFilms[J],1999,355/356:465 EffectsofTitaniumAluminumNitrideCoatingsontheMechanicalPerformanceofSteel1CrllNi2W2MOVLiMingsheng,-,FengChangjie,WangFuhui(1.JiangxiKeyLaboratoryForSurfaceEngineering,JiangxiNormalUniversityofSciencea ndTechnology,Nanchang330013,China)(2.StateKeyLaboratoryforCorrosion&Protection,InstituteofMetalResearch,Chine seAcademyofSciences,Shenyang110016,China)Abstract:Owingtotheexcellentmechanicalpropeayandoxidation—resistance,chromiumnitridecoatingisconsideredtheoneofthe alternativeoftitaniumnitride.Inthisstudychromiumnitridecoatingwasdepositedonawrou ghtmartensitesteel1Crl1Ni2W2MoVby arcionplatingsystemwithoptimalprocessingparametersandtheoxidation-resistanceofthe coatingwasinvestigated.Itwasshownthat theCrNcoatingshowedexcellentoxidation-resistanceandCr2Nwasformedduringtheoxid ationprocessduetotheexistenceofcompressivestressinthecoating.?Keywords:chromiumnitridecoating;oxidation-resistance;arcionplating Biography:LiMingsheng,Ph.D.,Professor,JiangxiKeyLaboratoryforSurfaceEngineerin g,JiangxiNormalUniversityofScienceandTechnology,Nanchang330013,P.R.China,Tel:0086-791-3801423,E—mail:*************。
