CrN涂层具有优异的热稳定性、耐腐蚀性和机械性能,在机械行业的应用越来越广泛,并部分替代了现有涂层。针对具体应用目标,深入研究CrN涂层的组织结构和相关性能具有重要的意义。本论文工作采用电弧离子镀技术,分别在1Cr18Ni9Ti不锈钢、38CrA调质钢和Ti6A14V钛合金基体上制备了CrN涂层以及Cr2O3/CrN复合涂层。利用XRD、SEM(EDS)、EPMA、XPS和TEM等分析检测手段,分析了涂层的微观组织、元素成分、化学价态和界面结构:采用全自动显微硬度计、UMT-2摩擦磨损试验机、划痕仪和基体弯曲应力测量法研究了涂层的力学性能,讨论了微观结构演变对涂层力学性能的影响;研究了CrN涂层盐雾腐蚀行为及其腐蚀机制。主要研究内容包括:　　 采用电弧离子镀技术,在1Cr18Ni9Ti基体上沉积了CrN涂层,研究了氮气压强和脉冲偏压对CrN涂层组织结构和性能的影响。结果表明:随着N2压强增加,CrN涂层相结构经历了CrN+Cr2N+Cr→CrN+Cr→CrN的转变过程:其择优取向由CrN(200)转变为(220);涂层中Cr/N比值减小并逐渐达到饱和值。沉积速率和表面大颗粒数量增加,大颗粒的最终状态主要是由其达到基体的时间决定。涂层显微硬度和残余应力均呈现先增大后略微减小的规律。随着脉冲偏压增加,涂层中Cr/N比值在1.3～1.5之间。沉积速率随偏压增大先增加然后迅速下降。大颗粒由于粒子轰击机制和等离子体鞘层的电排斥作用大幅减少。涂层显微硬度和残余应力先增大后减小。与Al2O3对磨副做往复干摩擦时的摩擦系数逐渐减小,其磨损机理主要是粘着磨损、氧化作用以及磨粒磨损。电弧离子镀沉积CrN涂层优化的工艺参数为:氮气压强0.8Pa,脉冲偏压-150V。　　 CrN涂层使38CrA基体的抗盐雾腐蚀性能得到大幅提高。在低偏压、高N2压强下制备的CrN涂层易形成贯穿整个涂层的粗大柱状晶结构且具有最大的残余应力和孔隙率,在腐蚀环境中很容易发生点蚀;而在高偏压、低N2压强下制备的CrN涂层,结构致密,残余应力最小,且具有最大的极化电阻,最小的自腐蚀电流和孔隙率,具有最佳的抗盐雾腐蚀性能。　　 随着Cr过渡层厚度增加,CrN/Cr复合涂层的残余应力逐渐减小,但同时涂层体系的显微硬度也逐渐减小。具有较厚Cr过渡层的CrN涂层虽然在受水平加载力时不易产生微裂纹,但在受法向力时却较容易产生微裂纹。　　 通过合理设计Ti6Al4V基CrN涂层界面结构,在不同的沉积气氛下制备了CrN涂层。CrN/Ti6Al4V涂层为多晶膜,沉积过程中通入的Ar气抑制了N与Cr的结合。由于基体为喷砂处理,涂层表面呈丘陵形貌,并因为“蜂窝状”网格连在一起出现沟壑状形貌,致使涂层表面粗糙度增大。涂层呈柱状晶形貌,柱状晶宽度为30～50nm。Cr过渡层厚度为30～40nm,CrN与Cr之间是突变界面,而Cr与基体之间存在一个厚度为5～10nm的过渡区,其结合形式是由机械联锁和化合物界面组成,使膜基结合强度得以提高,Cr与CrN之间存在一定的外延生长关系。沉积CrN涂层以后,Ti6Al4V基体与Si3N4对磨副之间的磨损机制由磨粒磨损转变为产生应力裂纹、涂层剥离和氧化磨损,CrN涂层起到了很好的抗磨效用,有效保护了基体材料。　　 通过优化工艺得到Cr2O3涂层的沉积工艺为:脉冲偏压-100V、氧气压强0.4Pa、电弧电流60A。单层Cr2O3涂层为具有(001)择优取向的多晶结构,Cr2O3/CrN复合涂层衍射峰为Cr2O3(110)择优取向。单层Cr2O3涂层的结合强度最小,划痕临界载荷仅为15N;具有两个循环周期的Cr2O3/CrN复合涂层具有最大的临界载荷,约为37N,结合力最好,这主要得益于多层膜避免了单一厚膜内应力的积累。最外层为Cr2O3的涂层由于固体润滑减磨作用能够有效的减缓涂层进一步磨损。