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钢领是纺织细纱机的主要易耗件之一,对纺纱质量和成本有重要影响。本文采用真空电弧离子镀技术实现了钢领在低温条件下的C、N、Al、Ti四元共镀,解决了钢领表面硬度低、耐磨性能差、摩擦系数大的问题。本文主要研究了基体硬度、基体表面粗糙度、负偏压、弧电流和气体流量对TiAlCN薄膜性能的影响。通过对实验结果的分析,得到以下结论: (1)利用电弧离子镀技术在GCr(1)5钢领基体上低温(小于180℃)成功制备了TiAlCN薄膜。膜/基附着力超过30N,薄膜厚度为2~2.2μm,硬度超过1700HV。 (2)基体表面粗糙度小,制备的薄膜表面平整性好,膜/基附着力大。在粗糙度为0.01μm时,附着力达到42.8N。基体硬度高,附着力大,在基体硬度为835HV时,附着力达到31.2N。 (3)薄膜中铝元素的加入没有改变TiN膜层的NaCl型面心立方晶体结构。在X射线衍射图谱中,由于TiN相比AlN相优先形成,因此薄膜中并没有AlN的存在,AlN相的存在会降低薄膜力学性能。 (4)负偏压增大,TiN(111)2θ角分别为36.840°、36.823°和36.737°,TiN的峰整体左移,晶胞参数变大,d(TiN)值变大,薄膜的硬度、厚度和附着力先增大后减小,颗粒数目先增加后减少。在-50V时,球形颗粒少,大颗粒数目约为200个,薄膜表面有部分裂纹存在;-100V,薄膜表面颗粒较小且分布均匀,颗粒数目约为680个,制备的薄膜致密;-150V,颗粒的数目约为590个,颗粒尺寸和-100V时的颗粒的尺寸差不多。 (5)弧电流增大,TiN的峰先左移后右移,晶胞参数先增大后减小,发生了晶格畸变,薄膜的硬度和附着力先增大后减小,颗粒数目一直增加。40A时薄膜表面有裂纹存在,大颗粒数目约为250个,颗粒尺寸大于2μm的较少,但最大的颗粒尺寸达到10μm;50A时,颗粒数目约为680个,薄膜表面颗粒小且分布均匀;60A时,颗粒的数目约为700个,但是颗粒尺寸比50A时的颗粒的平均尺寸要小一倍。 (6)不同C含量(x取值不同)TiAlCxN1-x薄膜研究表明:薄膜表面存在一定数量的颗粒,颗粒尺寸小于2μm,薄膜厚度约为2μm。随着薄膜中C元素的加入,XRD谱中(Ti0.5,Al0.5)N峰出现了宽化,薄膜的平均晶粒大小为10~30nm。随着C2H2/(C2H2+N2)气体比例从0增加到0.75,薄膜中C元素含量增加,N元素含量减少,TiAlCxN1-x薄膜中Ti和Al含量没有发生明显的变化。薄膜中x值从0增加到0.69(乙炔流量从0sccm增加到150sccm),薄膜中的Ti和Al比例约为1∶1。没有C时(x=0),薄膜硬度为10.214GPa,弹性模量为188.996GPa,附着力为34N;当x从0增加到0.18时,硬度和弹性模量增加的稍微缓慢,附着力降低到29N;x从0.18增加到0.49,硬度和弹性模量急剧增加,附着力增加到33N,在x为0.49时,硬度和弹性模量分别达到最大值26.217GPa和467.205GPa;随着x的进一步增加,薄膜的硬度和弹性模量急剧减小,而附着力增大到34N。 实验表明在180℃以下实现了低温镀膜,钢领表面硬度超过1700HV,耐磨性能好,摩擦系数在0.1~0.3之间。