涂层技术在刀具制造业领域应用十分广泛,涂层材料须具有硬度高、耐磨性好、耐热耐氧化、摩擦因数低,以及与基体结合力强等要求。本文使用电磁冷坩埚设备熔炼TiAlSi靶材,应用等离子体浸没离子注入与沉积技术(PIIID)使用TiAlSi复合阴极靶材制备TiAlSi N涂层,并且使用PSM003质谱仪对涂层制备过程中等离子体的成分进行测量。对TiAlSi N涂层制备过程中从靶材、等离子体到涂层各状态的成分进行测试和对比,分析成分变化规律;研究不同工艺参数对等离子体成分的影响情况。使用金相显微镜、XRD、EDS、显微硬度、纳米压痕等分析测试手段对熔炼产物和涂层的金相组织、物相组成、成分组成、硬度等进行了分析。使用水冷铜坩埚设备熔炼制备TiAlSi复合阴极靶材,坩埚内物料全部熔化之后,将功率保持在42k W左右使坩埚内熔体搅拌15min,可得到成分均匀的熔体,且熔炼产物成分与所加原材料成分基本保持一致,Ti元素含量有少量降低,Al、Si元素有少量增加。TiAlSi熔炼产物中有Ti、Al、Ti Al、Ti3Si5、Al3.21Si0.47、Al0.3Ti1.7、Al2.4Si0.6Ti等物相,且不同化学成分的熔炼产物中,物相种类没有差别。硬度值分布在3300~3800HK范围内,数值具体大小与物相组成有关。使用质谱仪测得TiAlSi阴极等离子体的离子量分布图,发现不同成分的TiAlSi阴极等离子中,离子种类基本相同,非金属离子主要有N+、OH+、少量H2O+、Si+,金属离子的存在形式主要有Ti+、Ti2+、Al+,还有少部分Ti元素以Ti N+形式存在。等离子体中Ti、Al、Si三种元素的相对含量与阴极成分相比,Ti元素含量明显增加,Al、Si元素含量明显降低。随电流增加,等离子体中各离子量呈现增加趋势,随气压增加,等离子体中各离子量呈现先增加后减小的趋势,对应某一气压值存在峰值。使用等离子体浸没离子注入与沉积设备制备得到TiAlSi N涂层,涂层成分比较均匀,涂层成分中三种元素的相对含量与等离子体成分相比,Al、Si元素的相对含量明显增加,Ti元素的相对含量明显降低。涂层的纳米硬度在16~18GPa范围内,弹性模量在250~300GPa范围内。