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(℃)

TiN

TiCN

TiAlN 2300

3000

3000 260

352

380 600

400

900

    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

1963年D。M。Mattox首先提出了真空离子镀膜的方案，并由此开始了实验研究。1972年B提出了反应蒸发镀(即ARE)技术方案，并通过此方案制作了TiN和TiC超硬膜。同年，MOLEY和SMITH在镀膜中使用了空心镀膜技术，离子镀技术有了进一步的发展。尤其在20世纪80年代，国内相继有人研究出了多弧离子镀和电弧放电高真空离子镀技术，至此离子镀技术开始出现工业应用中。

多弧离子镀是一种将弧光放电作为金属蒸发源的表面涂层技术，通过在固体的金属阴极靶材上直接蒸发金属，而这些从阴极弧光辉点放出的阴极物质离子，作为蒸发物最后在基材表面沉积形成薄膜[21]。

多弧离子镀作为离子镀的一种改进方法，它拥有很高的镀膜效率，同时镀出的膜拥有很好的膜层致密度和膜层附着力等特点。这也使得多弧离子镀技术的镀层在模具、工具的装饰镀膜以及超硬镀膜等领域的应用越加广泛，并且在未来将占据越来越重要的地位[22]。

1。3。2 多弧离子镀技术的原理

图1-1为多弧离子镀的蒸发源结构示意图 ,它主要由由水冷阴极、磁场线圈和引弧电极等部分组成，阴极材料即为镀膜所需的材料。