基底偏压对电弧/磁控复合技术制备CrAlN耐磨涂层性能的影响规律

摘要

利用中频磁控溅射与电弧离子镀复合沉积技术在不锈钢基体上沉积CrAlN涂层.利用扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、纳米压痕测试、划痕测试以及摩擦磨损试验等手段，系统地研究了基底偏压对CrAlN涂层微观形貌、力学性能及摩擦磨损性能的影响.随着基底偏压的增大，涂层表面经历了由较为粗糙的孔洞、大颗粒向平滑的形态演变.在-30 V基底偏压下（绝对值表示大小）制备的涂层表现出多个强衍射峰；-60 V偏压下，涂层沿（200）晶面方向择优生长.过高的基底偏压（-150 V）加剧了沉积过程中的二次溅射效应，导致涂层沉积速率降低，并出现晶格松弛和重结晶现象.此外，随着基底偏压的增加，涂层的硬度和弹性模量均呈先增加后减少趋势.在-60 V基底偏压下，涂层表现出较低的磨损率，而较高偏压下的涂层磨损机制转变为严重的磨粒磨损，涂层磨损严重.通过调控基底偏压，可以有效优化CrAlN涂层的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能.在-60 V基底偏压下制备的CrAlN涂层展现出优异的力学性能和耐磨性，为实际应用中提升涂层性能提供了重要的理论和实验依据.

关键词

电弧/磁控复合沉积技术 / CrAlN涂层 / 基底偏压 / 微观结构 / 力学性能 / 摩擦学性能

基金资助

国家科技重大专项资助项目（2017-Ⅶ-0012-0109）