35crmo鋼管具有抗拉強(qiáng)度高、沖擊韌性大和耐疲勞等優(yōu)異的機(jī)械性能，已大量應(yīng)用于油氣田鉆采工具領(lǐng)域。鉆采工具在使用過(guò)程中，經(jīng)常要承受各種拉、剪、磨擦和腐蝕等作用，極易造成材料的損傷，影響工具的使用壽命。由于材料的磨損、腐蝕等破壞過(guò)程大都是從其表面開(kāi)始的，因此在材料表面附上一層強(qiáng)度高、耐磨、抗氧化的涂層材料，*可以抑制或減緩各種破壞過(guò)程的產(chǎn)生、發(fā)展，達(dá)到防護(hù)的目的。表面硬質(zhì)涂層的發(fā)展為優(yōu)化石油機(jī)械系統(tǒng)的摩擦學(xué)性能，解決材料磨損提供了一條生命力的途徑。
以Ti( CN) 、Al2O3 為主的硬質(zhì)涂層具有較優(yōu)異的性能，如Ti( CN) 的高硬度、強(qiáng)韌性和好的耐磨性能，Al2O3 則具有良好的熱穩(wěn)定性和抗高溫氧化能力等，在降低構(gòu)件的摩擦磨損方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是單層、二元復(fù)合膜層對(duì)高速負(fù)載系統(tǒng)的減磨效果一直不夠理想。除了35crmo無(wú)縫鋼管涂層自身的性能缺陷外，單層膜的致密度較差，生長(zhǎng)的涂層通常為柱狀晶結(jié)構(gòu)，含有部分從涂層表面到襯底的疏松微孔，而且單層膜與襯底界面的結(jié)合力也較低，這些存在的問(wèn)題極大限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用規(guī)模。
相比而言，多元、多層涂層技術(shù)是通過(guò)多種涂層的復(fù)合化協(xié)同效應(yīng)，在35crmo無(wú)縫鋼管表面獲得更高性能的復(fù)合改性層，改善涂層在復(fù)雜環(huán)境，特別是條件下的使用性能。根據(jù)Koehler 多層強(qiáng)化模型的基本思想，即多層結(jié)構(gòu)涂層的界面有阻礙位錯(cuò)的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)的作用，使得多層涂層均具有比單層更好的力學(xué)和耐磨性能，而且在組分和結(jié)構(gòu)上具有梯度特性的多層涂層具有更加優(yōu)異的摩擦學(xué)特性。
涂層的表面形貌，可看出35crmo無(wú)縫鋼管涂層表面顆粒細(xì)小，分布較均勻，但膜層出現(xiàn)了較多微裂紋，原因可能是TiC 涂層本身脆性大，而且其和基體鋼之間的線膨脹系數(shù)有較大差別，在涂層制備過(guò)程中，由于溫度的變化產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，而僅通過(guò)雙層結(jié)構(gòu)不能較好的緩解熱應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)微裂紋，其表面粗糙度大小為0. 2 um。圖2( a) 為T(mén)iC/Ti( CN) /TiN 多層的表面形貌，可知涂層表面平整,顆粒大小約3 um，分布均勻，35crmo無(wú)縫鋼管表面粗糙度大小為0.05 um，由圖2( b) 發(fā)現(xiàn)TiC/Ti( CN) /TiN 涂層總厚度約10 um，涂層之間及涂層與基體之間界面清楚且結(jié)合緊密，無(wú)孔隙和裂紋出現(xiàn)，界面結(jié)合效果良好。圖3(a) 是TiC/ Ti( CN) /TiN/Al2O3 涂層的顯微形貌,涂層表面較平整，顆粒大小較均勻，表面粗糙度數(shù)值為0. 02 um。圖3( b) 為其截面圖，可以看出涂層總厚度約7 um，涂層與基體界面處沒(méi)有出現(xiàn)新相、孔洞等缺陷，界面結(jié)合性能也較高，說(shuō)明通過(guò)多層過(guò)渡層能夠較好的緩解涂層與基體之間的組成、結(jié)構(gòu)差異，改善涂層的表面形貌和力學(xué)性能。
