[发明专利]一种钢表面耐蚀耐磨复合涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钢表面耐蚀耐磨复合涂层及其制备方法和应用，涉及到耐磨耐腐蚀技术领域。本发明提供的钢表面耐蚀耐磨复合涂层依次包括：基体钢、铬基氮化物梯度层和PVD氮化物涂层；铬基氮化物梯度层依次为Cr层和Cr(N)‑Cr₂N‑CrN层，梯度层的总厚度为5～100μm，Cr层的厚度占据铬基氮化物梯度层厚度的1/4～2/3。铬基氮化物梯度层的存在可解决PVD涂层与钢表面存在的腐蚀问题，同时由于梯度层内的化学组分是梯度变化的，所以应力在梯度层内部是逐渐变化的，这就能够降低不同层之间界面的应力，进而增强PVD氮化物涂层与基体钢之间的结合力，提高钢表面复合涂层的耐蚀耐磨性。

技术领域

本发明涉及耐磨耐腐蚀技术领域，更具体地，涉及一种钢表面耐蚀耐磨复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术

表面经过物理气象沉积(PVD)一层氮化物涂层的钢，虽然具有一定的耐腐蚀性及优异的耐磨性，但其表面高密度颗粒易成为腐蚀介质扩散通道，当腐蚀介质渗透PVD氮化物涂层时，涂层与基体钢构成原电池，加速涂层与基体界面的腐蚀，造成PVD氮化物涂层剥落，加速模具失效。另一方面，工件的耐腐蚀性，除了跟表面PVD氮化物涂层相关外，还与基体耐腐蚀紧密相关，而钢本身耐腐蚀性极差。因此，需在基体钢与PVD氮化物涂层之间引入一层中间层防止腐蚀。

电镀Cr层是理想的中间层。电镀Cr与钢具有良好的亲和性，确保结合力，此外，Cr层也具有优异的耐腐蚀性，能够提高基体钢的耐腐蚀性。现有技术公开了一种在PVD氮化物涂层与Fe基体之间引入了一层镀Cr层的复合涂层，镀Cr层与Fe基体之间经过退火处理还形成了Fe-Cr扩散层，但镀Cr层与PVD氮化物涂层之间的弹性模量等物性相差甚远，Fe-Cr扩散层的形成只能提高镀Cr层与Fe基体之间的结合力，无法提高镀Cr层与PVD氮化物涂层之间的结合力，因此，PVD氮化物涂层仍然存在容易剥落的问题，降低基体的耐蚀耐磨性。

发明内容

为了解决现有技术中在基体钢和PVD氮化物涂层之间引入中间Cr层后中间Cr层与PVD氮化物涂层结合力不足的问题，本发明提供了一种钢表面耐蚀耐磨复合涂层，依次包括：基体钢、铬基氮化物梯度层和PVD氮化物涂层，铬基氮化物梯度层的存在可以防止钢与PVD氮化物涂层之间形成腐蚀，同时能够调整各层界面应力，增强PVD氮化物涂层对梯度层的结合力，进而提高PVD氮化物涂层对基体钢的结合力。

本发明的另一目的是提供一种钢表面耐蚀耐磨复合涂层的制备方法。

本发明的再一目的是提供一种钢表面耐蚀耐磨复合涂层的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种钢表面耐蚀耐磨复合涂层，依次包括：基体钢、铬基氮化物梯度层和PVD氮化物涂层；铬基氮化物梯度层依次为Cr层和Cr(N)-Cr₂N-CrN层，总厚度为5～100μm，Cr层的厚度占据铬基氮化物梯度层厚度的1/4～2/3。

基体钢表面的PVD氮化物涂层具有优良的耐磨性和耐腐蚀性，但PVD氮化物涂层表面存在高密度颗粒，这些颗粒在腐蚀环境下会成为腐蚀介质的扩散通道，而当腐蚀介质渗透PVD氮化物涂层时，涂层会与基体钢构成原电池，加速PVD氮化物涂层与基体钢界面的腐蚀，造成PVD氮化物涂层剥落、失效。为了防止PVD氮化物涂层与基体钢在腐蚀介质中相互接触、形成原电池、进而腐蚀剥落，本发明在两者之间引入了一层中间层，不仅防止二者相互接触，而且提高了钢表面的耐腐蚀性。