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摘要：A1N基硬质涂层具有高硬度、耐磨、化学性质稳定、良好的高温抗氧化性以及优异的耐腐蚀性能等特点,在现代金属切削刀具市场中发挥着越来越大的作用,面对高温、潮湿、高盐度等各种复杂服役环境,对其不同工况条件下的使用性能提出了更高的要求。采用电弧离子镀技术在GK05、GU20和GU25UF三种不同牌号的硬质合金基体上沉积三种不同的涂层AlTiN、AlCrN和AlCrSiWN,考察分析了三种涂层的显微组织结构、硬度、弹性模量及膜基结合力等综合力学性能,在此基础上对比研究了三种涂层的热稳定性能、高温抗氧化性能以及电化学腐蚀行为,探讨了A1N基硬质涂层的高温氧化元素迁移机制与电化学腐蚀机理,主要结论如下：1.显微组织结构与综合力学性能检测结果表明,AlTiN涂层表面存在明显的液滴与孔洞缺陷,AFM结果表明其粗糙度(42.5gm)相对较大,涂层截面呈柱状晶结构生长,其硬度(25.9GPa)最低；与AlTiN涂层相比,AlCrN和AlCrSiWN涂层的表面缺陷明显减少,液滴现象得到改善,且均呈细晶生长,柱状晶结构得到消除。其中由于Si元素的添加起到细化晶粒的作用,AlCrSiWN涂层硬度(33.96GPa)最高,但其膜基结合力明显降低。沉积在GK05、GU20和GU25UF硬质合金上的AlCrN涂层与三种基体的膜基结合力最好,膜基结合力的大小还与硬质合金基体的晶粒度成反相关。2.AlTiN、AlCrN和AlCrSiWN三种涂层都表现为fcc-AIN立方结构,但AlTiN涂层由于处于相转变临界点,出现了明显的宽化现象。AlCrSiWN涂层中没有检测到Si3N4相,但依据XPS中检测出Si-N化学键的存在,可以推测其已经形成了非晶Si3N4相,但进一步结论需待TEM结果进行佐证。3.热稳定实验结果表明,不同温度热处理后的AlTiN涂层物相演变、硬度演变与AlCrN和AlCrSiWN涂层的截然不同。AlTiN涂层发生时效硬化现象,硬度随温度的上升而增加,直到柔软相hcp-AIN的出现使得涂层硬度急剧下降至22.78GPa。而AlCrN和AlCrSiWN涂层在高温热处理条件下的分解过程不存在spinodal分解,由于没有时效硬化现象,随热处理温度的上升硬度大幅减小,相对AlCrN涂层来说,AlCrSiWN涂层高温热处理后硬度下降幅度更大,热稳定性较AlCrN涂层更差。4.高温氧化实验结果表明,AlTiN涂层起始氧化温度为700℃,而AlCrN和AlCrSiWN涂层到900℃才开始出现明显氧化现象；AlTiN涂层的氧化层上层以Al2O3氧化层为主,下层是Al2O3和TiO2的混合物双层氧化层结构,疏松多孔的TiO2致使其高温抗氧化性能在三种涂层中相对最差。AlCrN涂层的氧化层结构为Al2O3/Cr2O3混合氧化层,而AlCrSiWN涂层在此基础上还具有致密的SiO2氧化层,掺杂的Si元素能够促进Al2O3的生成,同时AlTi(Cr)N-Si3N4纳米复合结构协同提高了AlCrSiWN涂层的高温抗氧化性能。5.电化学腐蚀实验表明,与未镀涂层的硬质合金基体相比,涂层硬质合金的耐腐蚀性能得到了明显的改善。三种涂层孔隙率的排序为：AlTiN>AlCrN>AlCrSiWN,而icorr值和Rct值同时表明,三种涂层的耐腐蚀性能排序为：AlCrSiWN>AlCrN>AlTiN;AlTiN涂层晶粒为柱状晶,其表面存在明显液滴与孔洞缺陷,这些缺陷为腐蚀电解质的扩散提供了快速通道,因此AlTiN涂层的耐腐蚀性能最差。具有致密显微组织结构的AlCrSiWN涂层表现出最好的耐腐蚀性能,这可能与其析出的非晶SiNx相细化晶粒密切相关。6.电化学腐蚀机理为,涂层的腐蚀是先从涂层表面的缺陷开始的,之后形成钝化膜,钝化膜的形成可以阻止涂层的继续腐蚀,随着浸泡时间或者阳极电位的增加,钝化膜逐渐被击穿,随后点状腐蚀占主导地位,成为涂层腐蚀后期的主要机理。