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摘要
目的 优化涂层制备工艺，改善AlCrSiN涂层的力学及摩擦性能。方法 采用可调节磁场强度的新型电弧离子镀技术，在不同沉积温度下研制AlCrSiN涂层。利用XRD及SEM分析AlCrSiN涂层的相结构、截面形貌，借助纳米压痕仪、划痕测试仪、高温摩擦磨损试验机以及台阶仪测试AlCrSiN涂层硬度、膜/基结合强度以及摩擦磨损性能。系统分析沉积温度对AlCrSiN涂层的成分分布、微观结构演变、力学性能的影响，并研究沉积温度对AlCrSiN涂层摩擦磨损性能的影响规律及磨损机制。结果 随着沉积温度逐渐升高，涂层吸附原子的活性增强，涂层沉积速率出现先上升、再下降的趋势。随着沉积温度升高，涂层中的Cr2N相逐渐替代CrN相，且hcp-AlN相沿(11■0)晶面择优生长。各沉积温度下，AlCrSiN涂层均与单晶硅片基体表面结合良好，且具有良好的致密性。沉积温度的升高，增强了原子的扩散能力，致使晶粒尺寸增大。随着沉积温度升高，涂层的硬度及弹性模量均呈上升趋势，而H/E、H3/E*2均先升高、后降低，涂层膜/基结合强度逐渐增大。当沉积温度为350℃时，所制备的AlCrSiN涂层特征值H/E、H3/E*2最高，此时涂层的耐磨性能最佳；当沉积温度升至450℃时，涂层的纳米硬度最大，约为25.59 GPa，弹性模量也最大，为501.76 GPa，涂层的结合强度最高，为121.9 N。结论 通过改变沉积温度，调控AlCrSiN涂层的微观结构，制备的AlCrSiN涂层均较为致密，无明显孔洞等缺陷。AlCrSiN涂层结合强度整体上处于较高水平，并表现出较好的耐磨性能。当沉积温度为350℃时，涂层摩擦系数最低，H/E和H3/E*2均达到最大值，此时涂层的耐磨损性能最佳。
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