钢铁表面高强韧涂层的研究进展

白海强，钟黎声，康玲，崔鹏杰，庄卫军，邓超，吕振林，许云华b,2

（1.西安理工大学 a.材料科学与工程学院 b.复合材料及其产品智能制造技术国际联合研究中心，西安 710048；2.榆林学院 化学与化工学院，陕西 榆林 719000）

钢铁材料由于其较高的可加工性以及较低的制备成本，被广泛用于工业和汽车行业，例如压缩机曲轴、导轨和轧辊。然而，由于其较差的耐磨损性能以及相对较低的硬度，极易导致工件表面发生磨损失效，从而严重影响使用寿命，这限制了其应用领域[1-3]。目前，提高钢铁材料表面力学性能主要有两种途径：其一，对钢铁材料表面进行渗氮、渗碳或等温淬火热处理[4-6]；其二，在钢铁材料表面制备硬质涂层[7-9]。与表面热处理工艺相比而言，制备硬质涂层可显著改善钢铁表面硬度、强度以及耐磨损性能，是提高钢铁材料表面综合性能的最佳方法[10-12]。传统硬质涂层通常通过提高增强相的体积分数来改善材料的强度和耐磨损性能。然而强度的提高往往伴随着韧性和损伤容限的显著下降，即强度-韧性呈现“倒置关系”[13-14]。设计并开发高强韧涂层材料是解决强度-韧性“倒置关系”的有效方法，研究其强韧化机制，实现高强度、高韧性和良好耐磨损性能等两种或多种性能的优化组合，对扩大其应用领域和促进国民经济的发展具有重大意义。

1 钢铁表面高强韧涂层分类

针对强度-韧性“倒置关系”，围绕如何提高钢铁表面硬质涂层材料的强韧性，国内外材料研究学者设计并制备了一些高强韧涂层（图1），如层状结构涂层[15-19]、多尺度结构涂层[20-23]、梯度结构涂层[24-26]和纳米结构涂层[27-31]。……