氮化物涂层的可控制备、结构特点及其性能研究进展

胡丽玲，张 豪，赖 天，廖钧智，多树旺

(江西科技师范大学a.江西省材料表面工程重点实验室，b.创新创业学院，江西 南昌 330038)

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氮化物涂层如CrN、TiN、TiAlN 和TiSiN 等因具有相对较高的硬度、高热稳定性、较高抗氧化能力、优异的抗腐蚀性能和耐磨损能力而被广泛用作刀具表面的涂层材料，这些涂层材料可以使高速钢、硬质合金等刀具不仅保留基体的高强韧性，同时兼具高硬度、抗高温氧化和耐磨损的优点[1]。随着现代工业的发展对刀具性能提出了更高的要求，用于刀具表面的二元、三元、四元和多元纳米复合氮化物等防护涂层应运而生。以典型的CrN 涂层为例，其具有优异的韧性、耐磨损性能，且CrN 涂层残余应力小，容易沉积较厚的涂层，与基体材料之间具有良好的膜/基结合强度，但是CrN 涂层的硬度较低，仅为1 800 ～2 000 HV 左右。研究发现，在CrN 涂层中加入合金元素Mo、Al 或Si 可以提高CrN 涂层的耐腐蚀性、硬度和热稳定性，加入Ti 元素可改善涂层的耐磨损性能[2-4]。近年来，随着人们对氮化物刀具涂层性能愈加苛刻的要求，期望获得兼具高硬度、高韧性、耐磨损和耐腐蚀好、抗氧化性能高、摩擦系数小等综合性能，研究人员已开展大量研究工作。在涂层结构特征方面，已从单层结构逐渐发展至纳米多层膜结构或者梯度组分结构。已报道了通过理性设计涂层组元(包括引入过渡元素Al、Si 和Ag，也有加入非金属B、C)、调控涂层内部微结构和纳米多层设计(例如控制层间厚度、调制周期和循环层数)等[5-8]策略提升氮化物涂层的综合性能。……