管状工件在实际生活中应用广泛,其内表面强化处理一直是行业内痛点之一。开发一种高效、环境友好的内壁处理技术势在必行。Ti N薄膜具有耐高温性,优异的耐腐蚀性和良好的导热性,当作表面改性材料能够显著延长工件的使用寿命。本文提出了一种利用柱状磁控溅射技术,在长125 mm,内径40 mm细长不锈钢管内壁沉积Ti N薄膜的方法,通过研究Ar:N2流量比、基体偏压以及延长管长对于膜层性能及均匀性的影响,实现了管内壁均匀致密Ti N膜层制备。结果表明,随Ar:N2流量比升高,N+粒子的光谱强度下降同时Ar+和Ti+峰值强度基本不变,Ti Nx的X射线衍射峰强度明显降低。膜层厚度呈现先增大后减小的趋势,在30:1流量比时达到最大值875 nm,此时的膜层粗糙度最大为11.2 nm。纳米硬度的值与晶体结构密切相关,35:1流量比时体系中N含量降低,此时Ti N衍射峰峰强低,硬度也最小。25:1流量比时膜层粗糙度较小,膜层较为致密,腐蚀介质在穿透或扩散薄膜到达金属基材的过程中会遇到更大的阻力,腐蚀电流最低为1.92×10-7 A。随着基体偏压的增加,带电粒子对于膜层的轰击作用逐渐增强,放电光谱强度升高,Ti N0.26（111）晶面表现出明显的择优取向,衍射峰值强度呈现先降低后增加的趋势。膜层厚度先降低后增加,在25 V时达到最小值为650 nm。膜层硬度先上升后下降,在50 V达到最大值11.22 GPa。膜层结合力均能达到HF1级别,摩擦磨损系数均在0.55-0.6差别较小。为提高目标管内膜层均匀性,对不锈钢管进行了延长管搭配试验。研究结果表明,等离子体分布受到管长的影响明显,中间点位置光谱强度随延长管增加呈现先降低后增加的趋势,165 mm膜层沿轴向位置厚度均匀性提高。沿管长方向膜层厚度变化较大,管口膜层厚度均高于管内位置,膜层中氮含量表现出相同的变化趋势。对比不同延长管长时管中位置膜层性能,125 mm与145 mm管长性能变化不大,165 mm延长管膜层硬度虽然有所降低,但表现出最优的耐磨性。而145 mm延长管长腐蚀电流最小为1.352×10-7 A,耐腐蚀性最好。