1。2  TiCN镀层

1。2。1 TiCN镀层技术发展

早期的钛基薄膜一般以TiC和TiN两种为主，在钻头、切削刀具上均广泛使用，其主要原因是由于这两种涂层在硬度和耐磨性方面都要明显好于未经过处理的工件，这大大提高了工件的使用寿命[8-9]。然而，渐渐地人们发现了TiC涂层在使用中容易脱落，这主要是因为其脆性大；而TiN涂层则在韧性方面和高温抗氧化性上都好于前者，可以满足于大多数情况下工况的要求，但是在高速切削等苟刻极端工况下使用受限，因为硬度不是很高[10]。因此能不能在两者基础上找到更合适的镀层变得极为重要，随着越来越多的人加入到膜层的研究中去，二元膜层及单一的膜层已经不能满足需求，因此国内外科学者都开始把目标定在多元及多层薄膜上，且研究出来的薄膜都表现出了比单层薄膜好的力学性能[11-15]。表1展示了几种主要薄膜的性能比较。

表1-1 几种薄膜的主要性能比较

涂层材料 微硬度(HV) 弹性模量(GPa) 最大适用温度(℃)

TiNTiCNTiAlN 2300

30003000 260

352380 600

    张海军[16]等人在高速钢表面表面沉积了TiCN/TiC/TiN多层结构镀层，并研究了该多层镀层的膜基结合力和硬度，结果发现多层镀层膜基结合力较优异；硬度达到了2352HK。Ertuerk[17]指出碳氮化钛(TiCN)是TiC和TiN两者的固溶体，兼具两者的优点和特性，可以为高速切削刀具带来更好的使用寿命和生产效率。

Chen,R[18]等人通过直流磁控溅射技术在材料表面制备了TiCN纳米复合材料薄膜。主要是通过溅射Ti-C靶材和不同含量的反应气体(N2)来制备薄膜。对薄膜的硬度、形貌组成和摩擦磨损性能等进行分析。结果发现伴随着氮气流量从0到30sccm的增加，TiCN薄膜结晶度及sp2碳含量也相应地增加。同时，氮气流量增加也使得TiN/TiCN比率增加。良好的薄膜表面粗糙度和sp2碳含量增加也使得薄膜的摩擦系数和磨损率大大减小了。尤其是当氮气流量为每分钟30标准毫升时，薄膜的硬度及耐磨性能有了较大的提升。

从上面薄膜的叙述中可以看出来，目前薄膜制备方法及制备技术已经很多了，大部分都集中在薄膜表面结构、硬度及空气环境下的薄膜耐磨性能等方面，而且所得到的结论也并不完全一样。

1。2。2 TiCN镀层的性能

   TiCN颜色主要呈现为紫红色，始氧化温度为450℃，表面硬度高达2700HV。并且它同时具有TiN密着强度好和TiC耐磨性好的优点，硬度比TiN高，且摩擦系数小，对粘结性有一定的抑制作用[19-20]。TiCN材料具有较高的熔点和较高的热导率，同时兼具优异的韧性以及硬度，抗氧化，耐磨，低电阻率等特性。TiCN的低摩擦系数主要归功于在摩擦过程中，饱和C从晶格TiN中析出，形成了nc-TiN/a-C结构，即晶界处的C以DLC或类石墨出现，起到润滑作用，从而提髙了硬度和韧性，同时也降低了摩擦系数。TiCN涂层作为一种新颖涂层材料，它适用于加工普通钢、合金钢、不锈钢和耐磨铸铁等材料，并且用它加工工件时切除率可较大提高最多可达2～3倍。

1。3 多弧离子镀技术的研究现状

1。3。1 多弧离子镀技术的发展

1。3。2 多弧离子镀技术的原理

1。3。3 多弧离子镀技术的特点

1。3。4 多弧离子镀技术的应用

摘  要

TiCN薄膜具有高硬度、高韧性、强附着力、摩擦系数小、抗氧化以及导热率低等优良性能。由于多弧离子镀的沉积效率高，所以这种方法现已成为制备TiCN薄膜的一种主流方法。本论文是利用多弧离子镀设备，在已设定沉积参数下的情况下，于未渗氮和渗氮的W6Mo5Cr4V2Co5高速钢基体上分别沉积TiCN薄膜。并通过各种检测手段，如扫描电镜（SEM）、EDS、洛氏硬度计、纳米压痕仪等，对所制备的薄膜进行检测以及对其力学性能进行研究，同时使用电化学工作站测试薄膜的耐腐蚀性能，最后通过摩擦磨损试验机来检验薄膜的摩擦磨损性能。结果表明，基材是否渗氮对TiCN薄膜的表面形貌、薄膜厚度、硬度和弹性模量没有明显影响；渗氮工艺对薄膜的膜基附着力有较大的提升；在电化学方面，渗氮工艺对TiCN薄膜的耐蚀性能稍有提升；对于其摩擦磨损性能，渗氮工艺可以提高TiCN薄膜的耐磨性。