CrAlN与CrAlON涂层在热带海洋环境中的微观结构演化及力学性能增强机制研究

本文通过多弧离子镀技术在高强度螺栓表面制备CrAlN与CrAlON涂层，系统研究其在热带海洋环境暴露后的性能演变。结果表明，掺氧CrAlON涂层表现出更优的耐腐蚀性（致密微观结构、无裂纹）与力学性能（高H/E值0.082、H3/E*2值0.208），磨损率从18.43×10?7 mm3 N?1 m?1降至9.98×10?7 mm3 N?1 m?1，为海洋工程防护涂层设计提供重要参考。

　　

Highlight

CrAlN与CrAlON涂层通过多弧离子镀技术（PVD）沉积于高强度螺栓表面，经受热带海洋环境一年暴露后表现出显著性能差异。CrAlN涂层出现广泛腐蚀坑与晶界裂纹，而CrAlON涂层展现出卓越耐腐蚀性：表面致密、晶粒细化且无可见裂纹，有效阻隔腐蚀介质渗透并提升环境适应性。此外，CrAlON涂层保持高硬度及优异的H/E（0.082）与H³/E*²（0.208）值，表明其强负载能力。磨损率从暴露前的18.43×10^?7 mm³ N^?1 m^?1降至9.98×10^?7 mm³ N^?1 m^?1，印证其杰出耐磨性。

Conclusion

本研究通过多弧离子镀技术在高强度螺栓上制备CrAlN与CrAlON涂层，系统分析其在热带海洋大气暴露下的微观结构、力学性能与耐腐蚀性。结果表明，CrAlON涂层在暴露一年后表现出更优的环境适应性，主要结论如下：

1. 1.
   热浸镀锌涂层螺栓表面覆盖锈层，CrAlN涂层局部出现黄褐色褪变且基材部分暴露，而CrAlON涂层仅见少量小黑点腐蚀斑，整体腐蚀面积最小；
2. 2.
   CrAlON涂层的致密结构与晶粒细化有效抑制氯离子（Cl^?）渗透，延缓钝化膜破坏；
3. 3.
   CrAlON涂层力学性能稳定性显著优于CrAlN，其高H/E与H³/E*²值保障了长期服役中的抗磨损与抗变形能力。