刘双武 舒应军 张虎

摘 要：采用多弧离子镀技术在钢基体上沉积了TiAlN涂层，研究了负偏压对TiAlN涂层的表面形貌、物相变化和力学性能的影响。结果表明，随着负偏压的增大，涂层表面溶滴颗粒的大小和数量均减小，晶格常数随Al含量的减少而增加，从-50V的0.413nm到-200V的0.422nm。同时负偏压的增大，增强了离子束对涂层和基体的轰击效应，提高了涂层抵抗塑性变形的能力，使得涂层的硬度和界面结合力得到改善。

关键词：TiAlN涂层;负偏压;多弧离子镀;表面形貌;力学性能

中图分类号：TG174.444 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）07-0009-04

The Effect of Negative Bias on Microstructures and Properties of TiAlN Coating

Liu Shuangwu， Shu Yingjun， Zhang Hu

（Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Foshan 529000， China）

Abstract：The TiAlN coatings were deposited on the surface of steel by multi-arc ion plating method， and the effect of negative bias on the surface morphology， phase change and mechanical properties of the TiAlN coating was studied. The results show that with the increasing of negative bias， the size and amount of droplets on the coating surface decreased gradually， the lattice constant increases with the decrease of Al content， from 0.413nm of -50V pulse bias voltage to 0.422nm of -200V pulse bias voltage. At the same time， the increase of the negative bias voltage enhances the bombardment effect of the ion beam on the coating and the substrate， improves the resistance of the coating to plastic deformation， and improves the hardness and interface bonding force of the coating.

Key words：TiAlN coating;negative bias; multi-arc ion plating; surface morphology; properties

近年来，在高速钢、硬质合金表面制备TiAlN涂层的研究较多，主要是通过成分控制[1-3]、残余应力调控[4-6]、多层复合[7-10]、过渡层结构和厚度[11-15]等改善涂层的抗氧化性能、界面结合强度、耐磨性能等。然而由于高速钢（热膨胀系数为11.9～12.9×10-6K-1）、硬质合金（热膨胀系数为5.0×10-6K-1）与TiAlN涂层（热膨胀系数为7.5×10-6K-1）存在差异，因此，在机加工过程中，TiAlN涂层与基体之间存在内应力，降低了刀具的使用寿命[7]。此外，基体材料高速钢（晶格常数2.886?）、硬質合金（晶格常数10.89?）和涂层材料TiAlN（晶格常数4.185?）之间存在较大的晶格错配度，使得涂层材料与基体材料界面取向关系较差，导致界面结合力较低。如果采用Ti（C， N）金属陶瓷（热膨胀系数为8.2×10-6K-1，晶格常数4.264?）作为基体材料，则可以避免上述不利因素，目前，还未有这方面的研究报道。

1 实验过程

1.1 涂层制备

实验使用双脉冲多弧离子镀机镀制TiAlN涂层。采用Ti（C， N）金属陶瓷作为基体材料。试样经打磨、抛光、超声清洗后，在真空干燥箱中烘干。……