国内汽车和家电行业的快速发展对优质冷轧板的需求剧增,对钢板表面质量的要求也越来越高。轧辊作为轧机核心部件,其性能对轧制产品的质量起到决定性的作用。然而现有技术所生产的表面结构化轧辊存在使用寿命短、容易产生辊印、无法实现自由轧制以及表面内凹形表面形貌传递率低等缺点,严重影响了轧辊的质量和企业的经济效益。为控制生产成本,提高生产效率,提升产品品质以及产品附加值,研究开发新型表面结构化轧辊已经成为了行业共识。本论文以轧辊表面耐磨镀层为研究背景,针对目前在工业生产中所广泛使用的表面结构化工艺（喷丸、电火花烧蚀以及激光烧蚀）所存在的缺点,提出了电沉积直接获得凸包状表面结构化耐磨铬镀层的方法。通过对结构化表面凸包的生长机理深入理解和电沉积工艺的优化控制,获得了硬度高、摩擦系数低、耐磨性好的结构化铬镀层,剖析了该结构化镀层在磨粒磨损、油润滑等工况条件下减摩耐磨的机理。取得的创新性成果如下:1.通过电沉积方法实现了高硬度、宽粗糙度范围和高峰值密度的凸包状结构铬镀层的可控制备。结构化表面的凸包呈随机分布,且凸包大小、高度等都可通过电沉积参数的调整得以控制。结构化铬镀层的维氏硬度高达750～1050;表面粗糙度Ra范围可达0.47μm～5.9μm,峰值密度RPC范围可达68～193/cm。2.结构化铬镀层在磨粒磨损和油润滑条件下均表现出优异的摩擦学性能。在磨粒磨损条件下,结构化表面的摩擦系数较平滑表面最高可降低40%。平滑表面的磨损率为4.25×10–5 mm3 N–1 m–1,而结构化表面的磨损率可降低至3.6×10–6 mm3 N–1 m–1。表面凸包减小了与摩擦副的接触面积,其周围的凹坑还可以起到贮存磨粒和磨屑的作用,因此表现出比平滑表面更优异的摩擦学性能。结构化表面凹坑体积越大,对镀层耐磨性的提高越为显著。3.在贫油润滑条件下,结构化表面不仅可以起到存储润滑油和收集磨屑的作用,有效降低了表面的摩擦系数,还提高了表面的承载能力,促使润滑区从边界润滑状态向混合润滑状态转变,导致摩擦系数的进一步降低。结构化表面降低摩擦系数的效果在高滑动速度和低载荷下表现得更为明显。4.对结构化铬镀层进行了离子注氮处理,其摩擦学性能表现更佳。相比于未进行离子注氮的样品,离子注入的样品摩擦系数降低了21.9%,磨损量降低了46.1%。离子注入样品摩擦学性能的改善得益于硬质相Cr N和/或Cr2N的生成。高剂量的离子注入对镀层的摩擦学性能的改善最为明显。5.建立了一种通过表面形貌学定量分析结构化表面磨损性能的方法。该方法以表面轮廓支承面积率曲线为依据,可准确分析出磨损体积中材料真实磨损的体积分数,从而实现了对结构化表面磨损体积的精确测量。本文所提供的电沉积制备结构化耐磨表面的方法,为轧辊耐磨表面的设计提供了新的思路,对提高轧辊表面的形貌保持能力,增强表面形貌的传递率,延长轧辊使用寿命和提高企业生产效率等都具有重大意义。此外,该结构化表面在油润滑条件下所表现出的良好的摩擦学性能使其在气缸—活塞系统中具有潜在的应用前景。结构化的铬镀层对降低机械部件的摩擦损失、减少燃料消耗和提高能源使用效率等都具有积极作用。