产品名称：二硼化铬

二硼化铬分子式：B2Cr

分子量：73.62

英文名称：Chromium boride (CrB2)EINECS：234-499-3

密度：5.15英文别名：Chromiumdiboride; Monochromium diboride

闪点：熔点：1550℃

用 于高温电导体和合金陶瓷的制造。

二硼化铬(CrB_2)涂层具有高熔点、高硬度、高耐磨性和耐蚀性,

再加上其良好的化学惰性以及不易于与金属发生粘结的特点,作为硬质

防护涂层有望能够满足这些特殊切屑加工要求。本论文主要基于国内外

对CrB_2涂层的研究进展和硬质涂层发展趋势,重点围绕复合PVD技术沉积

CrB_2涂层的制备、结构和性能开展了研究,有关研究结果具有重要科学

意义和应用价值。本文首先采用高功率脉冲磁控溅射沉积技术(HiPIMS)

沉积CrB_2涂层,对涂层的成分组成、物相结构和力学性能进行了表征,

重点研究了不同测试环境(干摩擦、蒸馏水和海水环境)下涂层的摩擦

磨损行为。结果表明:CrB_2涂层呈现(101)择优取向,物相结构组成主要

为CrB_2和少量Cr,涂层中B/Cr的原子比为1.76,硬度和弹性模量分别为

26.9±1.0 Gpa和306.7±6.0 GPa。涂层在干摩擦、蒸馏水和海水环境中

的摩擦系数分别为0.75、0.26和0.22,涂层在蒸馏水和海水环境中摩擦时,

由于蒸馏水和海水的边界润滑作用,摩擦因数均明显降低,干摩擦和在蒸馏

水环境下的摩擦磨损机制是磨粒磨损,而在海水环境下摩擦时,是腐蚀磨损

和磨粒磨损的协同作用。其次,作为与HiPIMS技术的对比,采用直流磁控

溅射技术,通过调节靶基距,获得了接近CrB_2化学计量比的涂层,随沉积温

度变化,B/Cr原子比在1.9~2.0之间,XPS结果表明涂层仍主要由CrB_2和少量

的Cr组成,涂层粗糙度较小,Rq在1.11~1.95 nm之间;随着沉积温度的升高,

基体表面吸附原子扩散能力增强,涂层结晶性逐渐升高,晶体结构由(101)

和(001)的混合取向转变为(001)择优取向;涂层截面形貌由疏松多孔的

纤维状结构,转变为粗大的柱状结构(直径约50 nm),最后转变为了致密的

纳米柱状结构(直径约4~7 nm)。随沉积温度的升高,涂层的力学性能明显

提高,沉积温度大于300℃时,可获得硬度大于40 GPa的超硬CrB_2涂层,

当沉积温度为400℃时,涂层的硬度高达50.7±2 Gpa。微观结构和力学

性能随沉积温度的演变归因于沉积原子扩散运动逐渐增强产生的(001)

择优取向和组织结构的致密化。最后,本文还研究了(101)和(001)择优取向

的CrB_2涂层的热稳定性能,并测试了硬质合金基体和不同沉积温度下CrB_2

涂层在3.5 wt.%NaCl溶液中的基本电化学性质。研究表明:(101)择优取向

的CrB_2涂层在1000℃时生成了新相,而(001)择优取向的CrB_2涂层在1000℃

及以下未发生明显相的分解和转变,呈现出更高的高温稳定性,这归因于(101)

择优取向的CrB_2涂层更高的表面能和晶格畸变能而具有较小的相变激活能;

虽然CrB_2涂层的腐蚀电位高于硬质合金,但腐蚀电流密度降低了近2个数量级,

说明在含Cl-1的腐蚀介质中,CrB_2涂层可有效的防护硬质合金。