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随着现代机械加工向着高速切削及干式切削技术方向的发展，对涂层材料的要求越来越高，即高硬度、高结合力、高抗氧化性能。近几年来，Cr-Al-N系硬质涂层受到国内外研究者的广泛关注和研究。本文应用多弧离子镀技术，采用纯Cr、Al、Ti靶及Cr30Al70（at.%）合金靶，在M2高速钢基体表面沉积Cr-Al-N硬质涂层，调制了沉积不同Al成分以及梯度结构CrAlN涂层的制备工艺。采用显微硬度计、材料表面性能测试仪、扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针仪等系统研究了Al含量及结构对涂层表面形貌、相结构、显微硬度、膜基结合力及高温抗氧化性能的影响规律。研究结果表明：1．固定基体负偏压为80V、N2气压为3.0×10-1Pa，在本文给定的靶电流变化范围内，通过控制纯Cr、Al靶的相对靶电流可以调制出Al含量X在0～0.60之间变化的Cr1-xAlxN涂层。涂层中Al含量X随靶电流比IAl/ICr几乎呈线性增加。2．单层结构和带有梯度结构的涂层断口都呈致密的柱状晶结构；单层结构涂层的断口呈完整柱状晶撕裂方式，而带有梯度结构的涂层断口在梯度区域被厚度约为300nm的短纤维多层割裂，呈明显的短纤维状。3．与Cr0.30Al0.70N单层结构涂层比较，梯度结构可以改善Cr-Al-N三元涂层的力学性能。CrAlN梯度结构涂层的硬度和结合力分别提高了6.08%、16.70%，TiN中间层CrAlN梯度涂层的硬度和结合力分别提高了4.78%、14.20%。梯度结构对CrAlN涂层的力学性能有提高作用，而TiN中间层则不利于涂层的力学性能。4．CrAlN涂层在高温退火过程中的力学性能随着退火温度的升高而降低。退火温度低于800℃时，涂层的显微硬度均可稳定在2600～3106HV0.01范围内，结合力维持在41～61N之间，退火温度高于800℃时，涂层的力学性能开始急剧下降。5．就抗氧化性能而言，梯度结构涂层优于单层结构涂层。900℃条件下涂层的恒温氧化增重服从抛物线规律。在Cr-Al-N系涂层中，影响涂层抗氧化行为的主要因素是涂层的结构（构型）。梯度结构中形成的Al的“内扩散”作用抑制了Ti、Fe元素的外扩散速度，从而提高了CrAlN涂层的高温抗氧化性能。