【摘 要】
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相比传统的CrN二元涂层,CrWN涂层具备更高的硬度及耐磨性,CrAlN涂层则具备更好的耐氧化、耐高温性能。在CrAlN涂层的基础上制备四元CrAlVN、CrAlSiN涂层,可使其力学性能及摩擦磨损性能得到进一步改善,V可有效降低涂层摩擦系数,Si则有效提高涂层耐磨性。提高膜基结合强度有利于保证涂层的使用性能,延长其使用寿命。然而,目前少有学者探究CrWN、CrAlVN及CrAlSiN涂层结合强度
【基金项目】
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广东省自然科学基金团队项目（2015A030312003）; 广东省高等学校优质青年教师培养项目（YQ2015208）
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相比传统的CrN二元涂层,CrWN涂层具备更高的硬度及耐磨性,CrAlN涂层则具备更好的耐氧化、耐高温性能。在CrAlN涂层的基础上制备四元CrAlVN、CrAlSiN涂层,可使其力学性能及摩擦磨损性能得到进一步改善,V可有效降低涂层摩擦系数,Si则有效提高涂层耐磨性。提高膜基结合强度有利于保证涂层的使用性能,延长其使用寿命。然而,目前少有学者探究CrWN、CrAlVN及CrAlSiN涂层结合强度的改善方法,且探究多弧离子镀工艺参数对CrAlVN、CrAlSiN涂层结构和性能影响的研究同样较少。因此,本文采用多弧离子镀设备,制备Cr/CrN/CrWN涂层,探究CrN过渡层厚度对Cr/CrN/CrWN涂层结构和性能的影响,提出适宜的过渡层制备工艺。基于此工艺,制备Cr/CrN/CrAlVN和Cr/CrN/CrAlSiN涂层,系统探究工艺参数对二者的结构及性能的影响,并对比CrAlVN、CrAlSiN与CrAlN涂层之间的摩擦磨损性能差异。主要结论如下:（1）Cr/CrN/CrWN涂层呈面心立方结构,W原子置换Cr原子形成了（Cr,W）N置换固溶体。CrN层厚度随沉积时间的增大而提高,从0.35μm逐渐增大至1.62μm。在基体偏压为80 V、靶电流100 A、沉积气压1.0 Pa的工艺参数下,当Cr层沉积2 min、CrN层沉积40 min时,涂层硬度可达2033 HV,结合强度高达126 N,使CrWN涂层的结合强度得到明显提升,并保证了涂层的硬质特性。（2）在不同基体偏压及沉积气压条件下,Cr/CrN/CrAlVN涂层均主要以面心立方形式结晶,并伴随着纯V衍射峰的存在。沉积气压的增大使纯V相含量显著降低。综合分析基体偏压及沉积气压对涂层结构和性能的影响得出,当基体偏压为50 V、沉积气压为1.0 Pa时,涂层综合性能最佳。此时涂层的平均摩擦系数为0.423,减摩性较好,磨损率最低且为6.57×10-7mm~3/N·M,结合强度较高且为85 N左右。（3）采用不同基体偏压及沉积气压所沉积的Cr/CrN/CrAlSiN涂层同样以面心立方形式结晶,Si元素主要以非晶Si3N4形式与N结合。综合分析基体偏压及沉积气压对涂层结构和性能的影响得出,在基体偏压为50 V、沉积气压为1.0 Pa条件下,涂层硬度高达2749 HV,磨损率为5.65×10-7mm~3/N·m,结合强度为71 N,整体性能最佳。（4）V、Si元素均不同程度提升了CrAlN涂层的耐磨性。在合适的工艺参数下,CrAlVN涂层的平均摩擦系数最低,具备良好的减摩性能;CrAlSiN磨损率相比CrAlN涂层降低约51%,耐磨性更好。因此,若具有较高的减摩润滑需求,可选择CrAlVN涂层。若对耐磨性有更高要求,则可选择CrAlSiN涂层。
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