天津职业技术师范大学王铁钢教授、范其香副教授：N2流量对AlCrTiCN涂层组织结构与力学、摩擦学性能的影响

2025-12-19 16:27:36 作者：材料保护来源：材料保护分享至：

N₂流量对AlCrTiCN涂层组织结构与力学、摩擦学性能的影响

陈浩然^1,2，范其香¹，吴正环²，郝雪卉³，

王铁钢¹，刘艳梅¹，曹凤婷¹

1. 天津职业技术师范大学天津市高性能制造技术与装备重点实验室

2. 国家模具产品质量检验检测中心

3. 聊城大学材料科学与工程学院

核心观点

采用脉冲直流磁控溅射与射频磁控溅射复合技术，通过调控不同N₂流量(0、5、10、15、20 mL/min)制备出5种AlCrTiCN涂层。

Highlight

在N₂流量较低时，涂层以低结晶度的纳米复合结构为主，涂层中主要相结构为非晶C相和纯金属相及其碳化物相，表面质量较差，表面缺陷较多，随着N₂流量的增加，涂层逐渐向非晶结构转变，涂层表面质量显著改善。

AlCrTiCN涂层的力学性能与涂层中金属元素与非金属元素含量比值密切相关，且表现出明显的区域性。在N₂流量为10 mL/min时，涂层硬度和弹性模量分别达到最大值23.1 GPa和622.3 GPa, 主要归因于涂层中氮化物相的增加及固溶强化效应。随着N₂流量继续增大，涂层中非晶C相的增多使得涂层硬度下降但韧性增强。涂层结合力随着N₂流量的增加逐步提升，在20 mL/min时达到最大值30.8 N。

涂层的耐磨性能随N₂流量的变化表现出显著差异。N₂流量为10 mL/min时，由于其优异的力学性能，涂层拥有最佳耐磨性能，达到最低磨损率为5.7×10^-6mm³/(N·m)。在N₂流量为0、15、20 mL/min下制备的涂层在磨损试验后均失效而暴露出基体。在N₂流量为0 mL/min时，涂层在800 s时发生失效，而在N₂流量为15 mL/min和20 mL/min时制备涂层虽然硬度较低，但摩擦系数曲线表明其磨损过程平稳，在磨损过程临近结束时失效。