碳含量与退火温度调控HiPIMS沉积TiAlCN涂层的结构演变与摩擦学性能研究

本文推荐：研究通过高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术制备不同碳含量(0-31 at.%)的TiAlCN涂层，系统分析了碳含量及退火温度(450°C/750°C)对涂层结构演变（立方相TiAlCN→纳米晶/非晶碳基复合结构）和摩擦学性能的影响。发现16-31 at.%碳含量可促进石墨化有序，形成润滑性摩擦层(CoF低至0.2)；而11 at.%碳涂层经退火后机械强度显著提升。研究为极端工况下自润滑耐磨涂层的设计提供了关键数据支撑。

　　

亮点

• 碳掺入TiAlN导致晶粒细化和结晶度降低。在11 at.%碳含量时，750°C退火会优先形成立方-AlN相。

• 16-31 at.%碳含量的涂层展现出优异的石墨化有序性，有效抑制高温下立方-TiN和立方-AlN的相分解。

• 11 at.%碳涂层经退火后机械强度和耐磨性显著提升，而高碳涂层(16-31 at.%)因形成石墨摩擦层呈现更低摩擦系数(0.2)。

结论

通过HiPIMS技术沉积的TiAlCN涂层研究表明：碳含量和退火温度协同调控涂层结构性能。低碳涂层(11 at.%)通过退火强化机械性能，而高碳涂层(16-31 at.%)凭借非晶碳基复合结构和石墨摩擦层实现超低摩擦。该工作为开发兼具高热稳定性和自润滑特性的先进工程涂层提供了重要理论依据。

（注：翻译严格保留专业术语如HiPIMS、at.%等，采用"石墨摩擦层"等生动表述，并省略文献标识符[ ]及图表标注）