摘要：目的揭示电弧离子镀过程中,电磁和永磁复合磁场耦合作用下电磁线圈偏压对TiAlN涂层结构及性能的作用规律,优化TiAlN涂层制备工艺。方法采用电弧离子镀技术在M2高速钢基体表面沉积高Al含量Ti0.33Al0.67N涂层(TiAl靶,原子数分数,Ti∶Al=1∶2)。改变电磁线圈电压,研究涂层微观组织结构、表面粗糙度、硬度、膜/基结合力和耐磨性的变化规律。结果在15~45V范围内,电磁线圈电压小于30V时,Ti0.33Al0.67N涂层内部致密;线圈电压大于30V时,涂层内部变得疏松。线圈电压为15V时,TiAlN涂层表面粗糙度最小,为0.2μm。随着线圈电压升高,Ti0.33Al0.67N涂层硬度增大,线圈电压为45V时,Ti0.33Al0.67N涂层硬度达到最大,为3866HV0.025。随着线圈电压的升高,Ti0.33Al0.67N涂层膜/基结合力及耐磨性先增加后减小,线圈电压为15V时,结合力最高,为95.4N,磨损率达到最低,为1.62×10^-15m^3/(N·m)。结论在线圈电压较小时,随着电压的升高,作用于阴极靶材的磁场强度增加,阴极弧斑速度加快,每个弧光点维持时间缩短,能量降低,离化率升高,溅射出的液滴数量减少,涂层结构致密,粗糙度降低,硬度和耐磨性能升高;随着线圈电压进一步升高,磁场强度继续增大,弧斑运动受到的磁性束缚力增大,弧斑运动半径向靶材中心收缩,作用于固定位置的弧光累计时间更长,离化率降低,液滴增多,涂层综合性能下降。

关键词：线圈电压 tialn涂层 力学性能 耐磨性 结构及性能 

单位：广东省科学院广东省新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室; 广州510651; 广东工业大学材料与能源学院; 广州510006