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ZrTiAlN涂层具有硬度高、抗氧化性好、耐磨性好等特点,在刀具、模具、微电子等领域中具有广泛的应用前景。本文采用磁控溅射技术制备了ZrTiAlN涂层,并就制备工艺参数对涂层性能的影响、涂层残余热应力的特性以及涂层冲蚀磨损机理进行了系统的研究。采用ANSYS软件分析了涂层残余热应力的分布特性。结果表明:(1)层-基界面边缘处的应力等值线较密集,出现了明显的应力集中现象;(2)YT15硬质合金、304不锈钢和Q235A碳钢三种基体材料中,YT15硬质合金与ZrTiAlN涂层的热匹配性最好;(3)在涂层与基体之间添加过渡层Zr后,涂层残余热应力的分布特征没有变化,但界面残余热应力减小5MPa~9.4MPa;(4)当过渡层Zr的厚度由0μm增至1μm后,涂层的等效应力、切向应力、轴向应力和径向应力分别减小了33.1MPa、12.5MPa、13.5MPa和11.8MPa。研究了制备参数对涂层性能的影响。结果表明:(1)当Zr靶的溅射功率由50W增至150W时,涂层的显微硬度、弹性模量和结合力分别提升72.6%、16.3%和33.3%;(2)随着TiAl靶溅射功率的提高,涂层的机械性能降低;(3)Q235A基ZrTiAlN涂层的表面和断面分布着许多纵向和横向裂纹,表面质量不如YT15基ZrTiAlN涂层。采用喷砂实验研究了ZrTiAlN涂层的冲蚀磨损特性。结果表明:(1)实验中八种参数制备的涂层其冲蚀磨损率由高到低的顺序依次为:S2>S8>S6>S7>S5>S4>S1>S3;(2)涂层的冲蚀磨损率随着H/E和H3/E2值的增加而减小;(3)硬度较高的S1、S2、S3、S5试样冲蚀坑轮廓呈V字型;硬度较低的S4、S6、S7、S8试样,冲蚀坑轮廓呈U字型;(4)YT15基ZrTiAl N涂层的冲蚀磨损机理主要表现为涂层脆性断裂、颗粒脱落和塑性变形,Q235A基ZrTiAlN涂层的冲蚀磨损机理主要表现为涂层本征裂纹扩散及其造成的涂层剥落。