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利用磁控溅射技术,通过调整工艺参数:氮气流量、基体偏压、溅射功率、沉积温度、调制周期以及调制比,在硬质合金基体表面制备一系列TiAlN纳米多层膜,综合利用纳米压痕、X射线衍射、扫描电子显微镜、热重分析、电化学腐蚀等技术手段对TiAlN纳米多层膜进行结构和性能表征,研究了磁控溅射工艺对纳米多层膜结构和性能的影响,探讨了纳米多层膜结构与性能之间的影响机制,获得了具有超硬性以及优良的耐磨、抗高温和耐腐蚀性能薄膜的制备工艺,为硬质合金基体材质的表面改性,特别是刀具表面超硬涂层的获得提供了有益参考。主要研究结果如下:(1)影响TiN薄膜与硬质合金基体结合力以及其本身硬度的影响因素中,影响权重依次为:R偏压>R氮流量>R功率>R温度,随着基体偏压的增加,薄膜的硬度升高但与基体的结合强度降低;综合考虑硬度和结合力,选择偏压-150V、氮流量35sccm、沉积温度150℃以及Ti靶功率1000W作为制备TiN过渡层的工艺参数。(2)TiN/AlN纳米多层膜的硬度与氮流量之间存在一定的关联,但并未表现出一定的规律性,当氮流量为25sccm时,薄膜表现出较高的硬度,达到2900HV;表面形貌在氮流量为25sccm与35sccm时较为平整。(3)随着偏压的增大,TiN/AlN纳米多层膜的硬度先增加后降低,在偏压为-100V时,薄膜表现出较高的硬度值,达到2800HV,且表面形貌最优。(4)不同调制周期的TiN/Al N纳米多层膜中均仅存在立方结构的TiN和AlN相;调制周期与TiN/AlN纳米多层膜的硬度之间表现出显著的关联性,当且仅当调制周期厚度在5~7nm范围内时,薄膜表现出显著的超硬特性,当调制周期为5.6nm时薄膜的显微硬度均值达到35GPa,同时表现出最好的抗腐蚀性能;纳米多层薄膜的耐磨性和耐高温氧化性随调制周期的减小(周期数与界面数量的增加)而单调升高,调制周期为3.6nm的薄膜耐磨性和耐高温氧化性能最优。(5)调制比的变化造成了TiN/AlN纳米多层膜中晶体结构的差异,当调制比为1:35时,薄膜中仅存在立方结构的TiN和AlN,此时薄膜表现出超硬性(显微硬度均值35GPa),且该薄膜具有最优的耐磨性和耐腐蚀性能;调制比为1:25的TiN/AlN纳米多层薄膜表现出最好的耐高温氧化性能。(6)通过论文的研究,综合考虑TiAlN涂层的应用实际,硬质合金刀具表面涂层设计的最佳方案为:过渡层(Ti+TiN)+TiN/AlN(调制周期5-7nm,调制比1:35)。