HIPIMS技术制备CrAl-CrAlN-(a-CNx)多层涂层：机械性能与电化学腐蚀机制的协同增强研究

本研究发现采用HIPIMS技术从Cr/Al分区靶（25:75体积比）沉积的CrAl/CrAlN-(a-CNx)多层涂层展现出卓越的综合性能：硬度达30.42 GPa，腐蚀电阻提升15倍，且（a-CNx）顶层显著增强抗刮擦性（黏附能0.7878 J/m2）。该研究为高性能工具涂层设计提供了新策略。

　　

Highlight

结构、形态与化学表征

多层Cr₂₅Al₇₅/Cr₂₅Al₇₅N、Cr₂₅Al₇₅/Cr₂₅Al₇₅N–(a-CN_x)t₁和Cr₂₅Al₇₅/Cr₂₅Al₇₅N–(a-CN_x)t₂的衍射图谱如图2a所示。XRD显示多层涂层具有NaCl晶体结构，CrAlN薄膜主要以立方结构存在，与CrN（ICSD 626341）和AlN（ICSD 608628）相符，呈现（111）、（200）、（220）、（311）和（222）晶面衍射峰。CrAlN可索引为FCC CrN或AlN峰，具体取决于Al含量百分比。但（a-CN_x）顶层导致衍射峰强度降低，表明非晶碳氮相的形成。XPS分析进一步证实了Cr 2p、Al 2p和N 1s的特征结合能峰，验证了预设化学组成。FE-SEM显示三层厚度分别为1.56 μm、1.26 μm和1.33 μm，CrAl层和（a-CN_x）顶层呈现玻璃态形态，而CrAlN层则呈现典型柱状生长模式。

结论

通过HIPIMS技术成功沉积了三种多层结构。主要结论如下：

? XRD表征显示Cr₂₅Al₇₅/Cr₂₅Al₇₅N及其（a-CN_x）变体均具有立方结构，晶面取向为（111）、（200）、（220）、（311）和（222），与AlN相吻合；

? 纳米压痕测试表明表层硬度显著提升，分别达到30.42±2.3 GPa、25.83±2.2 GPa和23.56±2.1 GPa；

? CrAl/CrAlN–(a-CN_x)t₂多层结构表现出最优抗刮擦性和最高黏附能（0.5349±0.009 GPa和0.7878±0.014 J/m²）；

? 在3.5 wt% NaCl溶液中，EIS和PD测试证实（a-CN_x）顶层将腐蚀电阻提升至基底的15倍，OCP、EIS和PP值共同验证了涂层卓越的耐腐蚀特性。