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马氏体不锈钢因其具有优良的力学性能、较好的耐磨性以及抗腐蚀性能,被广泛应用于工业领域,如齿轮和轴承等结构件、汽车组件、热作模具、水轮机叶片、石油和天然气阀门以及切削工具医疗器械等。然而在石油、化工电气、船舶、海洋工程等摩擦腐蚀环境下使用时,马氏体不锈钢的表面性能仍会受到严峻挑战。本课题采用双辉等离子表面冶金技术(双辉技术)在4Cr13马氏体不锈钢表面先制备Ta过渡层,再通入H2和TMS(Si(CH3)4)作为反应气体合成SiC层,最终在4Cr13马氏体不锈钢表面制备出SiC/Ta复合涂层。本文分析了TMS浓度和SiC合成温度对SiC/Ta复合涂层组织、成分及结构的影响,研究了SiC/Ta复合涂层的硬度、结合性能、耐磨性能和耐蚀性能,并研究了不同TMS浓度和不同SiC合成温度制备的SiC/Ta复合涂层的磨损机理及腐蚀机理。研究结果表明:(1)通过双辉等离子渗Ta和合成SiC复合处理,在4Cr13马氏体不锈钢表面制备SiC/Ta复合涂层,涂层厚4.5-6μm,SiC层、Ta过渡层以及4Cr13基体间以扩散连接。随着TMS浓度增加,SiC层与Ta过渡层间逐渐出现缝隙、孔洞等缺陷;随着SiC合成温度的升高,SiC层由致密逐渐变疏松。(2)随着TMS浓度增加,SiC层SiC含量增加,TaC和Ta2C的总含量相对减少;随着SiC合成温度的升高,SiC层TaC和Ta2C的总含量增加,SiC相对含量减少。(3)SiC/Ta复合涂层与基体结合良好,且表面硬度达1738 HV0.2,明显高于4Cr13基体硬度(279 HV0.2),涂层中形成的碳化物高硬相SiC、TaC及Ta2C和Ta过渡层的有效支撑是使4Cr13钢表面硬度大幅提高的主要原因。(4)4Cr13不锈钢经制备SiC/Ta复合涂层后的摩擦系数均低于未处理的不锈钢基体,同时,比磨损率相比4Cr13基体均有不同程度的下降。尤其是H2/TMS流量比例为10 sccm/1.0 sccm、SiC合成温度为800℃制备的SiC/Ta复合涂层后4Cr13钢的比磨损率仅为未处理基体的4%,表现出良好的减摩和耐磨性能,SiC/Ta复合涂层的成分及其硬度是耐磨性显著提高的主要原因。(5)极化曲线与阻抗结果表明,与4Cr13基体相比,不同工艺制备的SiC/Ta复合涂层在3.5 wt.%NaCl介质中的自腐蚀电位都有所提高,自腐蚀电流密度降低,并且其阻抗值都明显大于4Cr13基体,说明在4Cr13钢表面制备SiC/Ta复合涂层可以改善4Cr13基体的耐腐蚀性能。并且,随着TMS浓度增加,耐腐蚀性能越好;随着SiC合成温度的升高,耐腐蚀性能先增强后减弱。