耐磨材料在涂層防護方面的研究進展

陽俊龍

（中海油能源發展股份有限公司工程技術湛江分公司，廣東 湛江 524057）

在生產生活中，摩擦會帶來材料磨損，不僅消耗大量的材料，還損壞了設備器件和工程結構。統計數據表明，摩擦、磨損造成的經濟損失，大約占一個工業化高度發達的國家GDP的1%~2%，所以研究耐磨材料，發展耐磨技術，能降低材料損耗，保證設備安全生產，提高經濟效益。隨著現代工業技術的發展，越來越多的設備、器件需要在高速、重載的高強度運轉條件下工作，特別是航空航天[1-3]、船舶[4-5]、石油開采[6-8]、汽車工業[9]、核反應[10]等行業，對耐磨材料提出了更嚴苛的要求。

1 耐磨涂層的種類

1.1 無機耐磨涂層

1.1.1 硬涂層

硬涂層主要有金黃色的TiN（硬度2000HV，高溫抗氧化性能較差）、CrN（硬度稍低，但韌性和耐高溫性能好）、TiC等一元涂層，TiCN、TiAlN、TiCrN、TiZrN等二元涂層，以及在此基礎上發展出來的多元涂層、多層涂層和納米復合涂層。有特定性能而不損害材料本身強度，且含有過渡元素氮化物的硬質涂層，在耐磨涂層的制備與應用中發揮著重要的作用。其中TiSiN的硬度高達3700HV，但TiSiN涂層具有很高的壓縮殘余應力，并且與基體的粘附性差，很難僅使用單層TiSiN來制作工件。Mohammad Shoeb Ahmed等人[11]在600℃的中間溫度下，對TiSiN涂層進行清理以降低殘余應力，獲得了具有高抗損傷性和良好粘合強度的組合涂層。為了獲得納米結構的硬質涂層，Yin-Yu Chang等人[12]在TiN、CrN和ZrN中加入Al和Si，以獲得多組分的AlTi-CrN、AlCrSiN、AlTiSiN、ZrSiN和ZrAlSiN涂層。與TiN、CrN、ZrN、TiAlN和CrAlN相比，制備的涂層在熱穩定性和機械性能方面表現優越。硬涂層最明顯的優勢，在于材料的剛性好且尺寸穩定，但是無機耐磨材料制備的硬涂層，往往附著力低，與基體材料的結合差，這大大限制了無機耐磨材料在涂層防護方面的應用。……