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随着现代模具制造技术的飞速发展,对模具的性能要求越来越高。通过表面沉积制备硬质薄膜对模具钢表面进行处理,能有效提高其使用性能,延长其工作寿命,具有十分重要的意义。本论文采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术,分别在渗氮和未渗氮Cr12MoV冷作模具钢表面沉积了 CrTiAlN涂层。利用XRD、SEM和EDS对涂层的物相结构、化学成分和微观形貌进行表征分析。利用洛氏硬度计和划痕仪、维氏显微硬度计分别测试涂层的膜/基结合强度和显微硬度。利用摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能。同时也研究了薄膜在磨粒润滑条件下的摩擦磨损性能。得到结论如下:CrTiAlN薄膜表面平整、颗粒致密且均匀,厚度约为2μm,其断面微观形貌呈柱状晶结构,基体与薄膜界面处分布着细小的微晶,基体渗氮试样表面薄膜柱状晶呈小角度倾斜生长,而未渗氮试样表面薄膜柱状晶呈直立生长。薄膜截面具有明显的成分梯度变化。薄膜主要主要晶相是CrN、TiN,具有强烈的(200)晶面和较弱的(111)择优取向,CrN相实际上是一种类似于CrN结构的(Cr、Ti、Al)N体系,表现出薄膜的性能。划痕法测得未渗氮样的膜/基结合力为46N,而渗氮试样的膜/基结合力为57N,明显高于未渗氮试样;压痕法测试结果与此一致,说明基体渗氮能够提高薄膜与基体的结合强度。基体渗氮处理还能够提高CrTiAlN薄膜耐磨损性能,渗氮试样磨损体积约为未渗氮试样的三分之一。干摩擦时,薄膜的磨损机理包括粘着磨损、磨粒磨损,同时薄膜的摩擦性能还与载荷、相对滑动速度等测试条件相关。磨粒润滑条件下,薄膜的磨损主要是因为磨粒的挤压作用、切削作用和聚集作用,引起薄膜内部微裂纹的扩展,减少润滑导致磨损加剧。薄膜的磨损情况与磨粒的粒径、载荷相关,薄膜的磨损主要发生在磨合阶段,随着磨损时间的增加,磨损速率下降。