【摘 要】
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AlCr（Ti）SiN涂层具备优异的机械性能、高温抗氧化性能以及耐腐蚀性能,作为一种高性能涂层得到广泛应用。当其被涂敷在刀具表面切削难加工材料时,由于其耐磨性能较差加速了刀具与工件之间的磨损,降低了刀具的服役寿命。本文采用复合磁控溅射技术,在AlCr（Ti）SiN涂层中掺入Mo润滑相,通过调控润滑相的含量优化涂层性能,探究润滑相Mo含量对涂层微观结构、力学性能、摩擦学性能的影响规律。采用真空热处理
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AlCr（Ti）SiN涂层具备优异的机械性能、高温抗氧化性能以及耐腐蚀性能,作为一种高性能涂层得到广泛应用。当其被涂敷在刀具表面切削难加工材料时,由于其耐磨性能较差加速了刀具与工件之间的磨损,降低了刀具的服役寿命。本文采用复合磁控溅射技术,在AlCr（Ti）SiN涂层中掺入Mo润滑相,通过调控润滑相的含量优化涂层性能,探究润滑相Mo含量对涂层微观结构、力学性能、摩擦学性能的影响规律。采用真空热处理的方式改善涂层缺陷强化涂层性能,并通过切削实验验证自润滑涂层刀具的切削性能。利用高功率脉冲和脉冲直流磁控溅射技术制备了AlCrSiN/Mo自润滑涂层,通过控制靶材溅射功率调控涂层中润滑相Mo的含量,随着Mo含量的增加,涂层结晶度逐渐增加,表面晶粒及截面柱状晶尺寸逐渐增大,衍射峰向高角度偏移。当Al Cr Si靶功率为1.2 k W,Cr Mo靶功率为0.4 k W时,Mo含量为21.3 at.%,此时涂层的硬度与弹性模量较高,分别为17.54 GPa、295.09 GPa;对应临界载荷最高67.62 N;此时涂层的摩擦学性能最佳,磨损率最低为7.97×10-4μm~3/（N·μm）,摩擦系数为0.54,特征值H/E和H~3/E*2也最大,涂层的综合性能最好。在高温环境下,AlCrSiN/Mo自润滑涂层比Al Cr Si N涂层展现出更出色的摩擦学性能。在不同Cr Mo靶功率下制备多元Al Cr Ti Si N/Mo自润滑涂层,控制Cr Mo靶功率由0 k W梯度增加到0.9 k W,润滑相Mo含量由0 at.%增加到4.3 at.%,涂层择优取向由（111）向（200）晶面过渡。当Cr Mo靶功率为0.6 k W时,涂层的致密度最优,力学性能最佳,硬度最大为16.08 GPa,临界载荷为59.48 N,特征值H/E和H~3/E*2最高为0.05和0.032。随着Cr Mo靶功率的增加,涂层的摩擦系数呈现逐渐降低的趋势,摩擦系数最低为0.54,当Cr Mo靶功率为0.6 k W时,涂层耐磨性能最优,磨损率最低为8.10×10-3μm~3/（N·μm）。经过真空热处理后,AlCrSiN/Mo结构和性能均得到一定程度的改善。热处理后涂层结晶度增加,表面颗粒尺寸逐渐增大,亚稳相fcc-（Al,Cr）N固溶相分解为hcp-Al N和hcp-Cr2N相。涂层的硬度、减磨和耐磨性能得到改善,由于热膨胀系数等因素差异,膜基结合强度恶化。当退火温度为700℃时,涂层的综合性能最佳。硬度最高为23.01 GPa,摩擦系数和磨损率均达到最低分别为0.56和1.67×10-3μm~3/（N·μm）。通过无涂层、Al Cr Si N涂层、AlCrSiN/Mo涂层三种刀具切削性能对比,AlCrSiN/Mo涂层刀具的切削寿命最长,分别是无涂层刀具和Al Cr Si N涂层刀具的2倍和1.2倍;切削温度最低;切削30 min后,AlCrSiN/Mo涂层后刀面的磨损和底刃刀尖的完整度均优于其他两种铣刀。
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