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在冷轧应用中，硬铬镀层因六价铬（Cr (VI)）的使用存在健康风险，寻找替代方案迫在眉睫。研究人员开展了硬铬镀层对钢表面形貌及润滑性能影响的研究。结果表明，表面裂纹并非有效油库，镀铬能平滑微观粗糙度。这为开发替代方案提供重要依据。
在工业领域，硬铬镀层凭借其高硬度、耐磨性、耐腐蚀性和低摩擦系数，被广泛应用于各类设备部件，尤其是冷轧工艺中的工作辊。然而，镀铬过程中使用的六价铬（Cr (VI)）具有极强的毒性，属于致癌物，对人体健康危害极大。欧盟的 REACH 法规已对其进行严格限制，这使得寻找硬铬镀层的可持续替代方案成为当务之急。
在此背景下，研究硬铬镀层在冷轧应用中的卓越性能机制显得尤为关键。只有深入了解其工作原理，才能有针对性地开发出合适的替代材料。为了解决这一问题，国外研究人员开展了关于硬铬镀层对钢表面形貌影响及其与冷轧润滑性能相关性的研究，相关成果发表在《Applied Surface Science Advances》上。
研究人员采用了多种先进技术方法。首先，通过制备不同初始粗糙度的冷轧钛稳定超低碳（Ti-sULC）钢片，并在其上镀覆硬铬涂层，获得研究样本。利用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等微观观测手段，对镀铬表面的微观结构和形貌特征进行细致分析。运用功率谱密度（PSD）分析，将表面粗糙度分解为不同频率成分，探究镀铬前后表面粗糙度的变化规律。通过接触角测量和板出实验，研究涂层表面的润湿性和油吸附能力。
在微观分析硬铬涂层表面裂纹时，研究发现，以往认为硬铬涂层表面裂纹可作为油库增强润滑的观点并不准确。传统低分辨率测量显示裂纹宽度约 1 微米，但高分辨率 SEM 和 AFM 测量结果表明，裂纹实际宽度小于 100 纳米，在不同温度下尺寸变化也不明显。这一发现通过板出实验得到进一步验证，实验结果显示，有高裂纹密度涂层、无裂纹涂层和未涂层表面的油吸附量相近，表明表面裂纹并不能有效作为油库增强润滑。
关于镀铬对微观粗糙度的影响，研究结果表明，镀铬过程虽未显著改变表面平均粗糙度，但对微观尺度粗糙度影响明显。PSD 分析显示，镀铬能有效覆盖磨削过程产生的尖锐特征和突出峰，降低高频粗糙度，保留较大波长特征。这一特性对改善冷轧过程中的带钢表面清洁度和降低表面摩擦具有重要意义。
在微观粗糙度变化与液滴铺展的相关性研究中，研究人员发现，硬铬涂层较低的 PSD 值与其增强的润湿性相关。镀铬表面能使液滴更快铺展，主要原因是其降低了微观尺度粗糙度，减少了表面凸起对液滴铺展的阻碍。通过对比不同镀铬电流密度下的表面，发现电流密度为 30A/dm2 的表面具有更低的均方根斜率（Rdq），液滴铺展更快，进一步证实了微观粗糙度在动态润湿中的关键作用。
综上所述，该研究明确了硬铬涂层表面裂纹在纳米尺度，无法作为有效油库，而镀铬对微观粗糙度的改善能显著提升涂层的润滑性能。这一研究成果为冷轧行业寻找硬铬镀层的替代材料提供了重要的理论依据，有助于推动行业向更环保、更高效的方向发展。
