金属切削是零件成型的最主要加工手段之一,在制造业中占有十分重要的地位。近年来,随着数控技术不断发展,尤其是高速切削和干切削技术的广泛应用,对刀具的要求也明显提高,由于刀刃与加工材料接触面产生大量切削热,刀具刃部散热困难,热磨损或氧化磨损严重,故使得材料加工精度降低。为了修复刀具与延长刀具寿命,可以用物理气相沉积技术在刀具表面镀硬质薄膜。本论文系统研究了热阴极离子镀技术制备CrNx硬质薄膜的抗氧化性能。采用国产XH-830型热阴极离子镀膜机,在GCr15轴承钢和YG6硬质合金表面制备CrNx薄膜,并对薄膜做不同温度的氧化实验,对不同氧化温度下薄膜的相结构、成分、断口形貌进行了分析,还分析了薄膜的力学性能及抗氧化性能,最后探索了CrNx抗氧化机理。研究结果表明:用热阴极离子镀技术能够制备出CrN_x硬质薄膜,XRD分析得到CrN_x薄膜由Cr₂N和Cr组成。在不同的氧化温度下相结构不同:在400℃时出现低温相Cr₂₃C₆,高于400℃时分解;在500℃时出现CrN相;温度大于679℃时CrN可以转化成Cr₂N,CrN相消失,同时产生了氧化物Cr₂O₃;温度在700～800℃之间,没有新相产生。通过XPS对不同氧化温度下薄膜成分的化合价态和相对含量的分析表明:随氧化温度的升高依次产生Cr-O、N-O键,Cr-O分别来自Cr₂O₃和CrO₃,但XRD未检测到CrO₃。CrN向Cr₂N和Cr₂O₃转变都会释放N₂,使O的相对含量升高,N的相对含量降低。在400～600℃之间,Cr、O比逐渐降低;650～750℃之间,Cr、O比接近1:1.5,接近Cr₂O₃的化学计量,表明形成完整的Cr₂O₃氧化膜。扫描电镜断口分析表明:薄膜的厚度约为4μm,膜层呈柱状晶,膜—基界面清晰,结合处连续。650℃时试样表面平整且没有大量的凹坑,膜层呈细柱状晶;700、750℃时,膜层表面产生约0.3μm和0.6μm的氧化层,膜层晶粒长大呈粗柱状晶,750℃时膜层内开始产生孔洞;800℃时产生较多的孔洞,薄膜保护作用很小。薄膜的显微硬度和结合强度都随氧化温度的提高而逐渐降低。氧化温度达到800℃时,硬度接近基体硬度,结合强度很低。氧化温度达到650℃时试样开始增重,随温度的升高,增重越明显。氧化反应速率随温度升高而增加,得到本实验条件下CrNx硬质薄膜抗氧化温度最高达750℃。根据XRD、XPS、SEM、显微硬度和结合强度等综合分析,CrNx硬质薄膜在700℃的工况下使用效果最佳。