马氏体不锈钢因具有良好的力学性能和耐腐蚀性能常用作结构部件,被广泛应用于航空航天和石油化工领域。但在腐蚀和磨损等多场耦合条件下,马氏体不锈钢面临严重的挑战,物理气相沉积(PVD)硬质涂层防护是提高其服役寿命的有效途径。本论文为提高马氏体不锈钢的耐磨损和抗腐蚀性能,采用离子源增强复合电弧离子镀技术在马氏体不锈钢1Cr13表面沉积具有不同循环周期数的Me N/TiAlN(Me=Ti,Zr,Cr)多层涂层,系统地研究了循环周期对多层涂层微观结构、力学性能、摩擦学性能以及电化学腐蚀性能的影响。主要结论如下:(1)TiN/TiAlN多层涂层主要由面心立方结构的TiN相和(Ti,Al)N固溶相组成,并且择优取向为(111)面。经表面涂层改性的马氏体不锈钢的力学性能、摩擦学性能及耐蚀性能均高于马氏体不锈钢基体。随着循环周期数的增加,涂层的硬度及耐蚀性不断增强。主要原因是受界面结构的影响,涂层致密度增加,使得涂层抗硬物压入及电荷转移的能力增强。因此,当涂层循环周期数为最大时,涂层的自腐蚀电流密度最小,其极化电阻以及电荷转移电阻最大,耐蚀性最好。(2)ZrN/TiAlN多层涂层中所出现的相为面心立方结构的ZrN相和(Ti,Al)N固溶相。随着循环周期数的增加,涂层的最强峰面由(Ti,Al)N相(111)面转化成ZrN相(200)面,择优取向发生改变。与单层TiAlN涂层对比,多层涂层耐磨性略微下降,但抗腐蚀性能得到明显提高。ZrN/TiAlN多层涂层的阻抗谱拟合结果表明,双层数为3的多层涂层具有最高的双电层电阻5.16×10~4Ω·cm~2,防护效率为98.49%。(3)CrN/TiAlN多层涂层的主要由CrN相和(Ti,Al)N固溶相构成,并呈现(111)面择优取向。CrN/TiAlN多层涂层与不锈钢基体的结合强度高,达到HF1级。CrN/TiAlN耐磨性好,而且CrN/TiAlN多层涂层的耐蚀性更高,多层涂层的最高防护效率达到99.84%。综上对比本实验所沉积的TiN/TiAlN、ZrN/TiAlN、CrN/TiAlN三种多层涂层,CrN/TiAlN多层涂层具有好的表面硬度及膜基结合强度,同时该系列涂层的耐磨性及耐腐蚀性也超过其他两个系列多层涂层。因此,CrN/TiAlN多层涂层为MSS防护的最优涂层体系。