采用多弧離子鍍技術(shù), 使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr 單質(zhì)靶, 在WC- 8%CO 硬質(zhì)合金基體上制備了TiAlZrCr/ ( Ti, Al, Zr,Cr) N 多組元梯度膜。分析了梯度膜的成分、結(jié)構(gòu)和微觀組織, 并研究了梯度膜的顯微硬度和膜/ 基結(jié)合力。研究結(jié)果表明, 該多組元梯度膜為B1-NaCl 型的TiN 面心立方結(jié)構(gòu); 薄膜的成分是以TiAlZrCr 合金為過渡層的( Ti, Al, Zr, Cr ) N 梯度膜; 薄膜的組織致密均勻, 是典型的柱狀晶結(jié)構(gòu); 沉積偏壓為- 50~ - 200 V 時, 梯度膜均可獲得比( Ti, Al, Zr, Cr) N 單層膜更高的硬度( 最高值為HV4000) 和膜/ 基結(jié)合力( 臨界載荷大于200 N) 。

　　多弧離子鍍技術(shù)是制備硬質(zhì)薄膜的一種主要方法, 它具有離化率高、沉積溫度低、成膜速率快、結(jié)合力強和工藝參數(shù)易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點。在硬質(zhì)合金刀具表面沉積TiN 等硬質(zhì)膜, 可提高刀具的硬度和耐磨性, 從而提高刀具的切削性能和使用壽命。但隨著加工設(shè)備使用效率的提高, 高速切削已成為機械加工的主流, TiN 薄膜刀具難以滿足其使用需求。于是, 研究者在此基礎(chǔ)上進行了薄膜的成分合金化和構(gòu)成形式梯度化等復合形式, 以提高薄膜刀具的綜合性能和使用壽命。真空技術(shù)網(wǎng)(http://shengya888.com/)經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前研究表明，(Ti, Al) N二元單層膜具有較高的硬度和抗高溫氧化性能, 已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化并成為TiN 薄膜刀具的更新?lián)Q代產(chǎn)品。繼續(xù)向(Ti, Al)N 中添加Zr 或Cr 形成的(Ti, Al, Zr) N 或( Ti,Al, Cr) N 三元單層膜具有比(Ti, Al ) N 更高的硬度、膜/ 基結(jié)合力和耐磨性能。

　　在本研究的前期工作中, 已經(jīng)報道了向(Ti,Al) N中同時添加Zr 和Cr 形成的新型(Ti,Al, Zr, Cr)N 四元單層膜, 它具有良好的硬度( HV3600) 和膜/ 基結(jié)合力(200 N)。本文在其成分合金化的基礎(chǔ)上進一步進行構(gòu)成形式的梯度化, 制備了以TiAlZrCr 合金為過渡層, Ti, Al, Zr, Cr 和N 元素漸變分布的(Ti,Al, Zr, Cr)N 多組元梯度膜, 以期獲取一種綜合性能更加優(yōu)良的硬質(zhì)薄膜。

　　(1) 采用多弧離子鍍技術(shù)和Ti-Al-Zr 合金靶及Cr 單質(zhì)靶的組合, 在WC-8% Co 硬質(zhì)合金基體上成功制備了具有TiN 型面心立方結(jié)構(gòu), 并以TiAlZrCr合金膜為過渡層,Ti, Al, Zr, Cr 和N 元素漸變分布的(Ti, Al, Zr, Cr)N 多元梯度復合薄膜。

　　(2) 沉積偏壓控制在- 50~ - 200 V 時, TiAlZr-Cr/ (Ti, Al, Zr, Cr)N 梯度膜均可以得到穩(wěn)定的成分,而且在獲得很高硬度的同時, 均實現(xiàn)了膜/ 基結(jié)合力的最大化。

　　(3)TiAlZrCr/ ( Ti,Al, Zr, Cr) N 梯度膜具有比(Ti,Al, Zr, Cr)N 單層膜更高的硬度和更強的膜/ 基結(jié)合力, 最高值可分別達到HV4000 和大于200 N。