张世玺 ，蔡海潮，薛玉君,b，畅为航，田昌龄

(河南科技大学 a.机电工程学院；b.河南省机械设计及传动系统重点实验室，河南 洛阳 471003)

0 引言

近年来，随着现代制造业飞速发展，对金属切削刀具的表面力学性能、摩擦磨损性能、抗高温氧化和耐腐蚀能力的要求日益提高，硬质薄膜被广泛应用于金属切削刀具表面[1-2]。传统的二元化合物TiN类硬质薄膜具有较高的硬度和良好的抗变形能力，但是这类薄膜与工件材料对磨时摩擦因数较大，在高速摩擦的过程中容易过热，发生氧化失效，导致其耐磨性变差[3-4]。TiAlN薄膜是在TiN类硬质薄膜基础上发展起来的多元硬质薄膜，Al元素的加入，使制备的Ti1-xAlxN薄膜在抗高温氧化、耐腐蚀性能、硬度和摩擦磨损性能上得到改善[5-7]。

Al的质量分数在很大程度上决定了Ti1-xAlxN薄膜的结构和性能，文献[8-11]研究表明：在Ti1-xAlxN薄膜中，Al原子取代了TiN面心立方结构中位于面心的部分Ti原子，导致晶粒间接触面数量增多，抑制了晶胞内位错滑移现象的出现，从而使其耐磨性相较于TiN薄膜有明显提升。Al质量分数较低时(x≤0.15)，TiAlN不能充分固溶，Ti1-xAlxN薄膜性能较差；而当Al质量分数过高时(x≥0.46)，Ti1-xAlxN薄膜表面会析出软质密排六方晶相，导致薄膜的磨损率显著提高。文献[12-13]指出：在高速切削条件下，Al易与空气中的O2发生反应，在Ti1-xAlxN薄膜表面生成具有润滑作用的Al2O3膜层，在提高Ti1-xAlxN薄膜摩擦磨损性能的同时，增强了薄膜的抗高温氧化和耐腐蚀性能；但是Al质量分数过高时，大量的Al2O3起到磨粒作用，会加速薄膜的磨损，导致Ti1-xAlxN薄膜的耐磨性明显下降。……