Composition, Structure and Properties of CrAlN-DLC Hard Composite Films Deposited by Arc Ion Plating

Abstract

摘 要：为了改善 CrAlN 薄膜的摩擦性能，本研究在增强磁过滤脉冲偏压电弧离子镀设备上，用分离靶弧流调控技 术在硬质合金基体上分别制备了不同成分的 CrAlN-DLC 硬质复合薄膜，并采用不同手段表征了薄膜的表面形貌、 成分、相结构以及力学和摩擦性能。结果表明，不同成分薄膜表面均平整致密，膜厚均在 1.05 μm 左右；随着靶弧 流比 IC/ICrAl 的升高，薄膜中碳的原子含量由 33.1%升至 74.6%；薄膜的相结构主要由晶体相和非晶相复合组成，其 晶体相主要为 c-(Cr,Al)N 相，且随着碳含量增加晶体相减少、晶粒尺寸减小，其非晶相主要为 DLC，其中 sp 2 /sp 3 的 比值随碳含量的增加而减小。相应地，薄膜的硬度随着碳含量的增加而提高，在碳的原子含量为 74.6%时，达到最 大值(26.2±1.4) GPa，且该成分点处薄膜摩擦系数也降至最小值 0.107，磨损率仅为 3.3×10 -9 mm 3 /Nm。综合而言， 当非晶 DLC 相最多时，CrAlN-DLC 复合薄膜的综合性能达到最佳，较之 CrAlN 薄膜来说，摩擦性能得到显著提 高。