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海洋用GLC/ta-C多层非晶碳涂层腐蚀行为研究

ta-C涂层,GLC涂层,多层结构,电化学腐蚀,孔隙缺陷

类石墨碳（GLC）涂层主要由sp²-C原子键组成，具有优异的固体润滑性能和化学惰性，作为海工装备关键运动部件的防护涂层具有广阔应用前景。然而物理气相沉积（PVD）涂层不可避免地存在各种生长缺陷，缺陷问题会在一些恶劣条件下造成严重的界面损坏，限制涂层在海洋中的长期应用。目前常用金属/非晶碳多层结构通过在涂层表面或内部沉积致密层或引入连续子层，延长了腐蚀介质到基体的路径，填充或封闭孔隙缺陷，能有效提高涂层的耐蚀性能，但金属与基体间的高电位差容易导致基体发生电偶腐蚀从而加速失效。而采用碳/碳多层结构既可以减少GLC的生长缺陷又可以避免电偶腐蚀。四面体非晶碳（ta-C）涂层sp³-C含量高达70%，结构致密，具有优异的耐磨性和化学惰性，是中间层的优异选择。本文围绕海工装备关键运动部件对高腐蚀防护涂层的迫切需求，以GLC为研究对象，聚焦内部孔隙缺陷，通过在GLC中添加致密ta-C子层来阻挡孔隙缺陷。研究结果表明，相较于GLC涂层，引入ta-C中间层有效减少了孔隙缺陷，孔隙率由13.56%降至最低3.8%，同时高电阻ta-C降低了整体的导电性，腐蚀电流密度由3.22×10^-8A/cm²降至7.9×10^-9A/cm²;涂层内ta-C层数与厚度比均对性能产生影响且存在最优中间值，呈现先升后降的趋势；SAXS表征涂层孔隙缺陷与腐蚀性能相匹配，佐证ta-C子层由于对孔隙缺陷的阻隔而在腐蚀中表现出优异的性能增强效果。本文为进一步优化海洋环境中GLC涂层的耐蚀性能提供了一种思路，并为碳基多层防护涂层的结构设计提供了理论支持。