等离子氮化与DLC复合涂层提升316L不锈钢耐磨性能及承载机制研究

本文系统探讨了低温等离子氮化(PN)与PECVD-MS技术制备Cr/WC/DLC梯度涂层对AISI 316L不锈钢耐磨性能的强化作用。研究表明，PN预处理形成无氮化物硬化层，显著提升基底承载能力，复合涂层磨损率比单一PN层降低一个数量级，为软质金属基底的表面工程提供了创新解决方案。

　　

Section snippets

Samples preparation

采用AISI 316L奥氏体不锈钢作为涂层基底材料，其化学成分如表1所示。试样尺寸为Φ30 mm × 8 mm。等离子氮化前，试样表面经研磨抛光至粗糙度小于0.2 μm，随后依次在丙酮和乙醇中进行15分钟超声清洗并用压缩空气干燥。样品分为两组：A组仅进行等离子氮化，B组采用PN+Cr/WC/DLC复合工艺。

Morphology and microstructure

经精密金相制备后，两种试样的截面形貌与EDS线扫描分析结果如图2所示。PN层表面呈金黄色，而复合涂层表面呈浅黑色。SEM图像清晰显示了氮化层与DLC层的差异：PN样品氮化层均匀（厚度约15-16 μm），表面可见棉絮状多孔层；复合涂层则呈现明显的Cr/WC过渡层与DLC表层梯度结构，有效平缓硬度过渡并抑制裂纹扩展。

Conclusions

1. 1.

   本研究通过低温等离子氮化(PN)与PECVD-MS技术，在低硬度316L不锈钢上成功开发出高耐磨性、高载荷承载的PN+Cr/WC/DLC梯度涂层，为软质金属基底的高负荷工况提供了可行表面工程方案。

2. 2.

   摩擦学测试表明，复合涂层的磨损率较PN层降低一个数量级，磨损轨迹几乎不可见，展现出卓越的耐磨性能。磨损机制分析显示：316L基底以粘着磨损为主，PN层主要为磨粒磨损和氧化磨损，而复合涂层表现为轻微磨粒磨损与材料转移机制。