Ar流量调控HiPIMS技术制备TiCN涂层的微观结构演变与摩擦学性能优化研究

本文系统研究了高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）技术中Ar流量对TiCN涂层的影响，发现30 sccm时涂层呈现面心立方（FCC）晶相，硬度达12 GPa，摩擦系数低至0.22，磨损率仅2.35×10-6 mm3/(N·m)。该研究为工业润滑防护涂层设计提供了关键参数优化策略。

　　

Highlight

TiCN涂层通过高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）技术制备，系统研究了Ar流量对涂层微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响。随着Ar流量的增加，涂层从非晶态转变为面心立方（FCC）晶相，随后在高流量下又恢复为非晶结构。当Ar流量为30 sccm时，TiCN涂层表现出最大硬度（约12 GPa）和弹性模量（约137.8 GPa），同时实现了最佳的摩擦学性能和耐磨性，摩擦系数低至0.22，磨损率仅为2.35 × 10^-6 mm³/(N·m)。涂层与基底的结合强度在58 N至62.6 N之间，证实了其优异的附着力。

Conclusions

(1) 随着Ar流量的增加，涂层结构经历非晶-FCC-非晶的转变。S45涂层呈现TiCN相，其衍射峰对应FCC结构的(111)、(200)和(220)晶面。

(2) 在Ar流量为30 sccm时，涂层展现出最优的力学性能和摩擦学性能，硬度达12 GPa，摩擦系数和磨损率显著降低。

(3) HiPIMS技术的高电离率和等离子体密度有效提升了涂层致密性，为工业润滑防护应用提供了重要参考。