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高性能氧化物硬质涂层的制备和性能研究

氧化物涂层；阴极弧蒸发；力学性能；耐磨性；切削应用

先进切削技术的发展以及难加工材料的应用，导致切削刀具的服役条件愈加严苛，传统的氮化物涂层（TiAlN、CrAlN等）已无法满足现代切削加工的需求。PVD制备的氧化物涂层（如Cr–Al–O）表现出良好的力学性能和高温稳定性，近年来受到学术界和工业界的广泛关注。阴极弧蒸发具有沉积效率高、沉积粒子能量强、涂层致密性好等优点，是目前最常用的硬质涂层沉积技术。然而，阴极弧蒸发沉积氧化物涂层时，“靶材毒化”对工艺稳定性和涂层生长均会带来负面影响，且氧化物涂层与硬质合金基体物理性质差异明显导致二者结合力差。本研究首先优化阴极弧蒸发沉积的外加磁场以缓解“靶材毒化”现象，实现(Cr, Al)₂O₃涂层的高效稳定沉积。之后，基于氮化物与氧化物层间界面结构设计改善了涂层的结合力，获得了高温耐磨性优异的TiAlN/(Cr, Al)₂O₃双层结构涂层。该涂层在600 °C下磨损率仅为5 × 10⁻⁸ mm³/N·m，且在干式切削灰铸铁展现出比传统TiAlN涂层更加优异的切削性能。