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沉积偏压对多弧离子镀TiAlSiN涂层在海水环境中磨蚀性能影响

摘 要：采用多弧离子镀，通过调节沉积偏压在FH790钢表面沉积不同结构的TiAlSiN涂层，通过SEM、XRD、XPS、TEM和纳米压痕等测试方法对TiAlSiN涂层的结构和机械性能进行表征。涂层的晶体相主要由六方AlN相和立方TiN相组成。随着偏置电压的增加，涂层的择优发生变化，从（0002）方向转变为（11-20）方向。涂层中的Si元素以少量的非晶Si₃N₄相弥散分布在涂层中。当沉积偏压从-20V增加到-80V时，涂层的硬度从22.049±0.884GPa增加到26.532±0.621GPa，其表面粗糙度从212nm下降到74.2nm。沉积偏压的增加也导致了更致密、更精细的晶体结构。磨蚀试验表明，TiAlSiN涂层能有效提高FH790钢的耐摩擦腐蚀能力，表面具有TiAlSiN涂层的FH790钢极化曲线腐蚀电流密度下降一个数量级，具有涂层的样品较FH790钢基底磨蚀实验前后总体积损失量降低了两个数量级。在摩擦腐蚀试验中，腐蚀与磨损之间存在很强的相互促进作用，开路电位下样品体积损失量大于阴极保护电位下体积损失量。计算表明-80V偏压的TiAlSiN涂层摩擦腐蚀协同作用占总的体积损失量的77.5%。随着沉积偏压的增加，TiAlSiN涂层的耐摩擦腐蚀能力逐渐增加。且更致密的结构可以更好地隔离基底和海水，从而提高涂层对基底的保护性能。