【摘 要】
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AlTiCrN硬质膜系是具有较大硬度调控范围、具有较好抗氧化性能并具有良好应用前景的硬质膜体系,而其成分、工艺的复杂性变化又导致了性能的不确定性。本文采用多弧离子镀技术,设计弧源合金靶组合,通过调整沉积工艺及不同合金靶的弧电流制备具有较高Al含量、N含量及膜层厚度基本一致的AlTiCrN硬质系列膜层。测试膜层的成分、组织形貌、相组成、表面硬度和膜/基结合力及热震性能,通过充分的对比、分析、讨论,研
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AlTiCrN硬质膜系是具有较大硬度调控范围、具有较好抗氧化性能并具有良好应用前景的硬质膜体系,而其成分、工艺的复杂性变化又导致了性能的不确定性。本文采用多弧离子镀技术,设计弧源合金靶组合,通过调整沉积工艺及不同合金靶的弧电流制备具有较高Al含量、N含量及膜层厚度基本一致的AlTiCrN硬质系列膜层。测试膜层的成分、组织形貌、相组成、表面硬度和膜/基结合力及热震性能,通过充分的对比、分析、讨论,研究了等Al含量及等Ti含量下组元配比差异对AlTiCrN硬质膜硬度、相组成、膜/基结合力以及热震性能的影响。研究结果表明:所有制备的AlTiCrN硬质膜层均为面心立方固溶体。在AlTiCrN硬质膜层保持相结构不变的前提下,Cr元素、Ti元素在较高Al含量的AlTiCrN膜中的添加,可以实现正畸变类型的晶体点阵;沉积过程中N2流量的逐渐增大可以实现膜层生长方向上N元素含量的梯度分布;与高Ti、高Cr含量的AlTiCrN硬质膜层相比,Al含量较高的AlTiCrN硬质膜层硬度适中,在HV2300～HV2850;对于同等Al含量（在金属组元中的配比）的Al Cr N和AlTiCrN膜层,Ti元素的添加（替代部分Cr原子）并不能总是提升AlTiCrN硬质膜层的硬度;在同等Ti含量时,AlTiCrN硬质膜层的Al含量稍低于50 at%更容易获得较高的硬度。此外,较高的Al含量保证了AlTiCrN硬质膜具有良好的抗热震循环性能,在600℃热震循环14-17次后,膜层仍然能够保持表面完整,未有明显的裂纹生成。综合考虑硬度和抗热震循环等性能,提出了Al含量较高的AlTiCrN硬质膜层的最优成分配比（at%）为25:15:13:47。
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