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

作     者：牛晓燕 刘明泽 董国强 王玉江 田浩亮 NIU Xiaoyan;LIU Mingze;DONG Guoqiang;WANG Yujiang;TIAN Haoliang

作者机构：河北大学土木工程检测与评估技术创新中心保定071002 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072 中国航发北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室北京100095 

出 版 物：《工程科学学报》 (Chinese Journal of Engineering)

年 卷 期：2025年第47卷第2期

页      面：296-306页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家科技重大专项资助项目(2017-Ⅶ-0012-0109) 

主　　题：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 

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.