Page 124 - 摩擦学学报2025年第10期

第 45 卷 第 10 期 摩擦学学报（中英文） Vol 45 No 10
2025 年 10 月 Tribology Oct, 2025

DOI: 10.16078/j.tribology.2024187 CSTR: 32261.14.j.tribology.2024187
SU Yongyao, MA Yucheng, HUANG Weijiu, ZHU Pengzhou, ZHANG Tengfei, HU Rong, RUAN Haibo. Exploring the Impact and
Mechanism of CrN Interlayer on the Tribological Performance of FeCrAl Coatings[J]. Tribology, 2025, 45(10): 1521−1533. 苏永
要, 马育铖, 黄伟九, 朱彭舟, 张腾飞, 胡荣, 阮海波. CrN中间层对FeCrAl涂层摩擦学性能的影响及其机制研究[J]. 摩擦学学报
（中英文）, 2025, 45(10): 1521−1533.

CrN中间层对FeCrAl涂层摩擦学

性能的影响及其机制研究

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苏永要 , 马育铖 , 黄伟九 , 朱彭舟 , 张腾飞 , 胡 荣 , 阮海波 1
(1. 重庆文理学院 材料科学与工程学院，重庆 402160；
2. 重庆理工大学 材料科学与工程学院，重庆 400054；
3. 重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 400044)
摘 要: 锆合金(Zr-4)因其卓越的性能而广泛应用于核燃料包壳材料. 然而，该合金的硬度较低，耐磨损性能有待提
高. 为此采用双靶共溅射技术在Zr-4合金表面制备了FeCrAl/CrN和FeCrAl涂层，并深入研究了CrN中间层对FeCrAl
涂层的微观结构、力学性能以及在空气和B-Li水中摩擦学行为的影响机制，同时与Zr-4合金进行了对比分析. 研究
结果显示：FeCrAl/CrN和FeCrAl涂层的制备显著提高了Zr-4合金的硬度和耐磨损性能. 引入CrN中间层使FeCrAl涂
层的柱状晶粒尺寸增大，涂层的择优生长方向由(110)转变为(211). CrN中间层提升了涂层的硬度和耐磨损性能，但
−6
膜基结合力有所下降. 在空气和B-Li水中，FeCrAl/CrN涂层的磨损率均最小，分别为3.2×10 mm³/(N·m)和6.0×
−7
10 mm³/(N·m). Zr-4在空气和B-Li水中的主要磨损机制为黏着磨损和氧化磨损，而FeCrAl/CrN和FeCrAl涂层的主
要磨损机制则为磨粒磨损和氧化磨损. B-Li水的润滑作用能够有效降低FeCrAl/CrN和FeCrAl涂层的摩擦系数和磨
损率. 这些研究结果不仅为理解FeCrAl涂层的显微结构和磨损性能提供了理论基础，还为其在核工业中的实际应
用提供了技术指导.
关键词: FeCrAl涂层; CrN中间层; 摩擦学性能; 微观结构; 锆合金
中图分类号: TH117.1;TL364+.9 文献标志码: A 文章编号: 1004-0595(2025)10–1521–13

Exploring the Impact and Mechanism of CrN Interlayer on the
Tribological Performance of FeCrAl Coatings

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SU Yongyao , MA Yucheng , HUANG Weijiu , ZHU Pengzhou ,
1
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ZHANG Tengfei , HU Rong , RUAN Haibo 1
(1. College of Materials Science and Engineering, Chongqing University of Arts and Sciences,
Chongqing 402160, China;
2. College of Materials Science and Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China;
3. College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China)
Abstract: Zirconium alloy (Zr-4) is extensively utilized in nuclear fuel cladding materials due to its exceptional neutron
economy, high ductility, and promising corrosion and irradiation resistance. Nevertheless, during the operational lifespan

Received 27 August 2024, revised 28 November 2024, accepted 29 November 2024, available online 27 February 2025.
*Corresponding author. E-mail: Huangweijiu@cqut.edu.cn, Tel: +86-28-49512175.
This project was supported by the National Natural Science Foundation of China (U20A20232), and the Foundation of Chongqing
University of Arts and Sciences (R2023CL01).
国家自然科学基金项目(U20A20232)和重庆文理学院塔基计划项目(R2023CL01)资助.