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CrAlSiN纳米复合硬质薄膜作为最新第三代膜层体系,拥有前两代硬质薄膜不所具备的诸多优良性能,其硬度、弹性模量、韧性以及高温抗氧化和热稳定性能均有较大幅度的提升,延长了涂层刀具甚至模具膜层的使用寿命。本文针对磁控溅射制备CrAlSiN硬质薄膜,基于膜层硬度、模量和相结构等关键本征特性,开展膜层制备最佳工艺实验;在此基础上,进一步依据刀具高速切削、干摩擦或难加工材料的高温环境温度,分别进行大气和真空热处理,研究薄膜的抗氧化性能及热稳定性能。在课题组前期工作基础上,分别在高速钢与硬质合金表面沉积CrAlSiN硬质薄膜,Si含量分别为7.18/8.06at.%;实验设计了基材前处理工艺,即辉光清洗后继续进行2小时Ar离子轰击,以改进膜基结合力和膜层沉积结构;溅射后在大气和真空环境下进行高温热处理(700℃、800℃、900℃和1000℃),膜层样品通过扫描电镜及能谱仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪、激光共聚焦显微镜、蔡司金相显微镜等手段进行表征和分析。以高速钢为基体的CrAlSiN薄膜,最大硬度和弹性模量值可达27.17GPa/293.8GPa;以硬质合金为基体的CrAlSiN薄膜,最大硬度和弹性模量值可达27.07GPa/449.7GPa;薄膜表面平整致密,两种基材制备得到的CrAlSiN薄膜相结构主要为(111)和(200)取向的CrAlN面心立方结构,在硬质合金为基体的CrAlSiN薄膜中发现了Si4N3六方结构的(201)衍射峰。说明硬质合金膜层结构中Si4N3改变了膜层的非晶结构,从而以接体的高硬度及表面能量改变了膜层的结构和纳米复合结构中Si4N3构成,从而导致膜层硬度和模量的提高。经轰击后,膜基结合力显著提高。以高速钢为基体的CrAlSiN薄膜经大气热处理后,800℃时相结构稳定,表面平整;900℃时出现六方结构AlN以及Cr2O3和A12O3等氧化物;1000℃时,基体发生氧化,Cr2O3、Al2O3含量相对减少,表面膜层隆起,氧化程度进一步加重。以硬质合金为基体的CrAlSiN薄膜经大气热处理后,700℃时出现了Cr的氧化物相,薄膜出现裂纹;800℃时Cr2O3衍射峰减弱,裂纹密集且发现基体氧化物;900℃时出现了 Cr3O4和Al2O3相;1000℃时Si4N3的(201)衍射峰仍然存在,且有序化增强,氧化物相结构趋于单一化,膜层已经彻底失效。以硬质合金为基体的CrAlSiN薄膜经真空热处理后,700℃时相结构无变化,各项性能稳定;800℃时CrAlN(111)衍射峰减弱宽化,Si4N3(201)衍射峰增强,出现裂纹;900℃时CrN向Cr2N转变,N、Cr、Si元素含量骤降,A1元素含量稳定;1000℃时硬度、模量大幅度降低,薄膜结构发生较大转变。