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由于多元复合膜层具有高热硬性、高的氧化温度、小摩擦系数、强膜基结合力、低导热率等优良特性,所以制备出具有长使用寿命、高硬度、高使用温度的多元复合膜层,对于提升我国刀、模具技术的制造能力,服务于国民经济主战场具有很重要的意义。本文采用装有多阴极弧放电的多元等离子弧混合装置的全方位等离子注入与沉积设备(PIII&D)在高速钢W18Cr4V基体表面制备了Ti-Al-Si-N多元复合膜层。实验所制备的所有膜层的厚度在1.5μm到3.0μm之间。首先,对基于多阴极弧放电的多元等离子弧混合装置进行了调试的结果表明:磁场导管出口处等离子体的密度随主弧电流的升高而增大,同时引出等离子弧的密度和均匀性受磁场和导管偏压的影响很大,当主弧磁场电流为0A、引出磁场电流为2.0A,根部磁场电流为0.8A,导管偏压为16V时其引出等离子弧的密度和均匀性能达到一个最佳的效果。接着,在上述实验的基础上对所制备的多元复合膜层和截面进行了扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度、膜基结合力以及常温和800℃高温摩擦磨损实验的测试与分析。SEM的测试结果表明:膜层表面存在空洞,大颗粒等缺陷,这将对膜层的综合机械性能产生很大的影响。XRD测试结果表明常温膜层含有在氮化物,高温下含有氧化物且氧化程度与膜厚有很大关系。硬度和膜基结合力的大小及耐高温性与Si、Al的含量有很大关系,本文一系列实验所制备多元复合膜层之中硬度最高的膜层的平均值达到4118HV;当Si、Al原子百分比含量分别为2.21%、0.84%多元复合膜层的综合性能最好,其膜基结合力较差,硬度到3572 HV。低温和800℃高温摩擦磨损实验表明:上述成分的膜层在低温和800℃高时的摩擦系数都在0.5左右,并且保持平稳摩擦,当在150g载荷下磨到12000转时膜层仍然没有破裂。