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多弧离子镀技术作为物理气相沉积的一种方法,尤其适合于在金属表面制备各种金属化合物薄膜或高熔点金属膜层,因此自上世纪80年代以来得到了迅猛的发展,成为目前最先进的镀膜技术之一。目前工模具表面硬化涂层主要以TiN为主,各种技术制备TiN薄膜的研究有很多,并已投入进了工业应用,但是TiN的抗氧化温度不高(550℃),在特殊环境的使用过程中容易氧化失效。人们发现在TiN中添加其它元素(Cr、Al、Zr、C、Si等),或者进行多层化(TiN/Ti、TiN/VN、TiN/CrN等)处理都可以有效改善涂层性能,目前针对TiN的研究一般集中在这两个方向。TiAlN膜层具有优良的高温耐蚀和抗氧化性能,而且具有比TiN更高的硬度及更加优良的耐磨性能,作为耐磨膜层具有非常广阔的应用前景。本论文采用多弧离子镀技术在高速钢W18Cr4V基材上制备了TiAlN膜层,并对TiAlN薄膜的性能做了初步探讨。论文研究了沉积工艺参数如N2分压、铝靶电流、负偏压和沉积温度等对膜层性能的影响规律;还重点研究了A1含量对薄膜的化学成分、微观结构(相组成、织构取向、致密性等)、力学性能(硬度、膜基结合强度、摩擦磨损性能等)、耐蚀性及抗氧化性能的影响。研究结果表明:Ti靶电流80A,Al靶电流70A、基体温度550℃(高速钢)、负偏压100V、氮气分压1Pa、沉积时间60min时TiAlN薄膜具有最佳的综合性能。在此工艺下沉积的Ti1-xAlxN涂层,除(Ti,Al)N相外,还含有一定量的(Ti2,Al)N相,不同Al含量的(Ti,Al)N都具有沿(111)面的择优取向。Ti1-xAlxN涂层的硬度、结合强度和耐磨损性能都随Al含量的增加先升高后降低,这是由于薄膜中Al含量的变化引起薄膜的晶体结构、择优取向的变化和晶格畸变等因素造成的,且各自最大值对应的Al含量相同,当Al含量在25%左右的(Ti,Al)N薄膜硬度达到HV0.052780,耐磨性能良好,结合强度高,具有最佳的综合性能。薄膜腐蚀试验和极化曲线表明,(Ti,Al)N涂层比TiN涂层具有更好的抗腐蚀能力。抗氧化性能试验证明,TiAlN薄膜具有比TiN薄膜更优异抗氧化性能。随Al含量的变化,Ti1-xAlxN抗氧化性能发生变化。当Al含量超过一定值时(≥25%),在800℃抗氧化性能明显提高。薄膜的抗氧化机理是Al原子扩散至表面形成Al2O3氧化层保护薄膜,对氧化膜/氮化膜界面内的扩散起阻碍作用,从而防止了氮化膜的进一步氧化。综合Ti1-xAlxN薄膜的力学性能以及耐蚀、抗氧化性能,Al含量在25%左右时,可以得到性能最好的薄膜。