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本研究利用多弧离子镀技术,采用Ti-Al二元合金靶、Ti-Al-Zr三元合金靶和Cr单质靶,在YT15和YG10X两种牌号的硬质合金刀具基体上,通过控制Ar和N2两种气体流量的实验工艺制备了(Ti,Al,Zr)N、(Ti,Al,Cr)N和(Cr,Ti,Al,Zr)N三种多组元梯度成分硬质复合膜。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对三种硬质复合膜的成分、形貌和相结构进行了测量和表征;利用粗糙度仪、划痕仪和显微硬度计测评了三种硬质复合膜的表面粗糙度、膜基结合力和硬度;对三种硬质复合膜刀具分别进行了车削45#钢、铣削CrWMn合金工具钢和钻削高速钢实验,并在切削实验后对刀具利用扫描电镜(SEM)和电子能谱仪(EDS)观察和测定了刀具切削刃表面形貌和化学元素扩散;利用光学显微镜和工具显微镜观察和测量了膜层磨损形式和镀膜刀具磨损量。研究工作表明,采用本实验室的多弧离子镀技术沉积工艺,可以制备出具有优良性能的(Ti,Al,Zr)N、(Ti,Al,Cr)N和(Cr,Ti,Al,Zr)N三种多组元梯度成分硬质复合膜。膜层硬度最高可达4400HV,膜基结合力最高可超过180N,并且这三种硬质复合膜适用于不同牌号和不同形状的切削刀具。制备的三个系列的膜层均具有B1-NaCl型的面心立方结构。这三个系列的镀膜刀具,包括车刀片、铣刀和钻头,在实验切削加工中比未镀膜刀具的切削性能有着显著提高。其中(Cr,Ti,Al,Zr)N镀膜刀具的性能最优,而(Ti,Al,Cr)N镀膜刀具的性能优于(Ti,Al,Zr)N镀膜刀具。三个系列镀膜刀具的切削性能最低能提高2倍,最高可达到6倍。三个系列的膜层具有良好的抗粘结性和耐磨性,能有效的阻止刀具基体与工件材料的直接接触,并在一定程度上减轻硬质点磨损、扩散磨损,氧化磨损和粘结磨损,保护了刀具基体的整体性能。