超高强度钢表面涂镀层防护处理

　　超高强度钢兼具有高强度（抗拉强度> 1380MPa、屈服强度> 1200MPa）及良好的韧性，一般作为重要的承力部件广泛应用于航空航天、舰船、汽车、模具等行业，其典型应用包括飞机起落架、主梁、传动零件、承力螺栓等。常见的超高强度钢力学性能如表1所示。该类材料的强度远高于常规材料，部分牌号抗拉强度已达到2000MPa，一般具有相对较高的氢脆、应力腐蚀敏感性。由超高强度钢制备的零部件，其服役环境往往十分苛刻，尤其是当装备服役于海洋环境时，若不采取合理的表面防护处理工艺，则易在服役寿命内发生氢脆断裂、腐蚀、应力腐蚀、疲劳断裂、磨损等失效情况，严重时将导致事故的发生。
　　1电镀
　　电镀属于传统表面防护工艺，起源于19世纪初，意大利科学家Brugnatelli*早实现了在银质金属表面电镀金工艺。该工艺原理为带正电的金属离子M+在阴*沉积，并获得电子，形成M金属镀层。适用于超高强度钢的主流电镀工艺具体包括电镀铬、电镀镉。
　　1.1 电镀铬
　　电镀铬处理可增强超高强度钢零部件的耐磨和耐腐蚀性能。但目前面临问题包括：（1）常用的六价铬镀铬工艺产生酸雾和废水，污染环境，其对动植物均有毒性；（2）电镀铬工艺通常会降低基体的疲劳性能，一方面镀铬层往往存在内裂纹，易出现镀层磨损、剥落，若镀层内裂纹的密度较高，会降低试样的疲劳强度；另一方面，电镀过程中，阴*会发生析氢反应，增加了材料的氢脆断裂风险，材料的疲劳强度也会随之降低。
　　为降低镀铬过程的污染，较为环保的三价镀铬工艺受到了较多学者青睐。Gruba等指出通过优化电解液成分，采用新的电解液成分(基于三价铬离子的四铬酸盐电解液等)，引入添加剂(氧化镁、钨酸钠氟化铵等)，可优化镀铬工艺。部分学者在对电解液成分改进的同时，还引入了细小硬质相颗粒，进一步增强镀铬层性能。
　　2喷涂
　　喷涂工艺*早诞生于1910年，瑞士Schoop博士受儿童铅丸玩具枪启发，发明了**个金属喷射装置，并命名为金属喷镀。对于超高强度钢而言，主流的喷涂工艺包括高速火焰喷涂与冷喷涂。
　　2.1 高速火焰喷涂
　　高速火焰喷涂通过燃烧剂与助燃气体燃烧产生高压并经过膨胀喷嘴产生高速焰流，喷涂粉末被高速焰流中加热加速，喷射到基体表面形成涂层。现阶段高速火焰喷涂工艺主要包括高速氧燃料火焰喷涂工艺(HVOF，High Velocity Oxygen Fuel)）与高速空气燃料火焰喷涂工艺(HVAF，High Velocity Air Fuel）。
　　有关超高强钢表面高速火焰喷涂涂层防护处理的相关研究，集中于两方面，一是高速火焰喷涂涂层与电镀铬镀层防护性能的对比研究。Nascimento等分别制备了以AISI4340钢为基体的硬铬镀层试样与WC-12Co涂层试样，进行了轴向疲劳、旋弯疲劳、耐盐雾腐蚀与摩擦磨损性能测试。WC-12Co涂层的耐磨性更好，磨损量更小，且其耐盐雾腐蚀性能高于常规电镀试样。
　　2.2 冷喷涂
　　冷喷涂技术于20世纪80年代由俄罗斯理论与应用力学研究所发明，并在20世纪90年代末开始商业化应用，其原理为当粒子撞击速度超过某个临界值，来自粒子-基底的撞击能量会引起粒子强烈的塑性变形，在某些情况下，还会引起基底表面的塑性变形。这一过程打破了基底和颗粒表面的薄膜，在基底和颗粒之间建立了紧密的接触，从而形成了牢固的结合。冷喷涂工艺具有低的焰流温度与高的粒子速度，使该工艺具有涂层孔隙率低、粉末不易氧化和相变、沉积率高、基体材料受到的热影响小等优点。