硼化铬 Chromium diboride（CrB2） 

产品名称：二硼化铬
二硼化铬：B2Cr
分子量：73.62
英文名称：Chromium boride (CrB2)
EINECS：234-499-3
密度：5.6g/mL
闪点：熔点：1550℃
CAS:12006-80-3
分子量:112.9969
性质：不溶于水，溶于熔融的过氧化钠
用途：用作耐磨、抗高温氧化涂层和核反应堆中的中子吸收涂层。用于陶瓷，熔喷在金

属及陶瓷表面，形成耐磨、耐蚀薄膜。用于喷制半导体膜。硼化铬与氧化铝在微氧化气

氛中烧结或热压制品，有高温耐磨的实用价值。

合成方法：
纯金属工艺：铬与适量硼粉在真空或惰性气氛中于1600℃下加热或在1150℃烧结48～72h,

有硼化铬CrB、Cr2B、Cr3B2、Cr3B4、CrB2形成，于高温下热压后，可形成CrB2、CrB或Cr3B4。

二硼化铬(CrB_2)涂层具有高熔点、高硬度、高耐磨性和耐蚀性,再加上其良好的化学惰性

以及不易于与金属发生粘结的特点,作为硬质防护涂层有望能够满足这些特殊切屑加工要求。

本论文主要基于国内外对CrB_2涂层的研究进展和硬质涂层发展趋势,重点围绕复合PVD技术

沉积CrB_2涂层的制备、结构和性能开展了研究,有关研究结果具有重要科学意义和应用价值。

本文首先采用高功率脉冲磁控溅射沉积技术(HiPIMS)沉积CrB_2涂层,对涂层的成分组成、

物相结构和力学性能进行了表征,重点研究了不同测试环境(干摩擦、蒸馏水和海水环境)下

涂层的摩擦磨损行为。结果表明:CrB_2涂层呈现(101)择优取向,物相结构组成主要为CrB_2

和少量Cr,涂层中B/Cr的原子比为1.76,硬度和弹性模量分别为26.9±1.0 Gpa和306.7±6.0 GPa。

涂层在干摩擦、蒸馏水和海水环境中的摩擦系数分别为0.75、0.26和0.22,涂层在蒸馏水和海水

环境中摩擦时,由于蒸馏水和海水的边界润滑作用,摩擦因数均明显降低,干摩擦和在蒸馏水环境

下的摩擦磨损机制是磨粒磨损,而在海水环境下摩擦时,是腐蚀磨损和磨粒磨损的协同作用。其次,

作为与HiPIMS技术的对比,采用直流磁控溅射技术,通过调节靶基距,获得了接近CrB_2化学计量比

的涂层,随沉积温度变化,B/Cr原子比在1.9~2.0之间,XPS结果表明涂层仍主要由CrB_2和少量的Cr

组成,涂层粗糙度较小,Rq在1.11~1.95 nm之间;随着沉积温度的升高,基体表面吸附原子扩散能力

增强,涂层结晶性逐渐升高,晶体结构由(101)和(001)的混合取向转变为(001)择优取向;涂层截面

形貌由疏松多孔的纤维状结构,转变为粗大的柱状结构(直径约50 nm),最后转变为了致密的纳米柱

状结构(直径约4~7 nm)。随沉积温度的升高,涂层的力学性能明显提高,沉积温度大于300℃时,可

获得硬度大于40 GPa的超硬CrB_2涂层,当沉积温度为400℃时,涂层的硬度高达50.7±2 Gpa。微观

结构和力学性能随沉积温度的演变归因于沉积原子扩散运动逐渐增强产生的(001)择优取向和组织

结构的致密化。最后,本文还研究了(101)和(001)择优取向的CrB_2涂层的热稳定性能,并测试了硬

质合金基体和不同沉积温度下CrB_2涂层在3.5 wt.%NaCl溶液中的基本电化学性质。研究表明:(101)

择优取向的CrB_2涂层在1000℃时生成了新相,而(001)择优取向的CrB_2涂层在1000℃及以下未发生

明显相的分解和转变,呈现出更高的高温稳定性,这归因于(101)择优取向的CrB_2涂层更高的表面能

和晶格畸变能而具有较小的相变激活能;虽然CrB_2涂层的腐蚀电位高于硬质合金,但腐蚀电流密度

降低了近2个数量级,说明在含Cl-1的腐蚀介质中,CrB_2涂层可有效的防护硬质合金。