采用多弧離子鍍技術, 使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr 單質靶, 在WC- 8%CO 硬質合金基體上制備了TiAlZrCr/ ( Ti, Al, Zr,Cr) N 多組元梯度膜。分析了梯度膜的成分、結構和微觀組織, 并研究了梯度膜的顯微硬度和膜/ 基結合力。研究結果表明, 該多組元梯度膜為B1-NaCl 型的TiN 面心立方結構; 薄膜的成分是以TiAlZrCr 合金為過渡層的( Ti, Al, Zr, Cr ) N 梯度膜; 薄膜的組織致密均勻, 是典型的柱狀晶結構; 沉積偏壓為- 50~ - 200 V 時, 梯度膜均可獲得比( Ti, Al, Zr, Cr) N 單層膜更高的硬度( 最高值為HV4000) 和膜/ 基結合力( 臨界載荷大于200 N) 。

　　多弧離子鍍技術是制備硬質薄膜的一種主要方法, 它具有離化率高、沉積溫度低、成膜速率快、結合力強和工藝參數易于調節等優點。在硬質合金刀具表面沉積TiN 等硬質膜, 可提高刀具的硬度和耐磨性, 從而提高刀具的切削性能和使用壽命。但隨著加工設備使用效率的提高, 高速切削已成為機械加工的主流, TiN 薄膜刀具難以滿足其使用需求。于是, 研究者在此基礎上進行了薄膜的成分合金化和構成形式梯度化等復合形式, 以提高薄膜刀具的綜合性能和使用壽命。真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)經過調研發現目前研究表明，(Ti, Al) N二元單層膜具有較高的硬度和抗高溫氧化性能, 已經實現了產業化并成為TiN 薄膜刀具的更新換代產品。繼續向(Ti, Al)N 中添加Zr 或Cr 形成的(Ti, Al, Zr) N 或( Ti,Al, Cr) N 三元單層膜具有比(Ti, Al ) N 更高的硬度、膜/ 基結合力和耐磨性能。

　　在本研究的前期工作中, 已經報道了向(Ti,Al) N中同時添加Zr 和Cr 形成的新型(Ti,Al, Zr, Cr)N 四元單層膜, 它具有良好的硬度( HV3600) 和膜/ 基結合力(200 N)。本文在其成分合金化的基礎上進一步進行構成形式的梯度化, 制備了以TiAlZrCr 合金為過渡層, Ti, Al, Zr, Cr 和N 元素漸變分布的(Ti,Al, Zr, Cr)N 多組元梯度膜, 以期獲取一種綜合性能更加優良的硬質薄膜。

　　(1) 采用多弧離子鍍技術和Ti-Al-Zr 合金靶及Cr 單質靶的組合, 在WC-8% Co 硬質合金基體上成功制備了具有TiN 型面心立方結構, 并以TiAlZrCr合金膜為過渡層,Ti, Al, Zr, Cr 和N 元素漸變分布的(Ti, Al, Zr, Cr)N 多元梯度復合薄膜。

　　(2) 沉積偏壓控制在- 50~ - 200 V 時, TiAlZr-Cr/ (Ti, Al, Zr, Cr)N 梯度膜均可以得到穩定的成分,而且在獲得很高硬度的同時, 均實現了膜/ 基結合力的最大化。

　　(3)TiAlZrCr/ ( Ti,Al, Zr, Cr) N 梯度膜具有比(Ti,Al, Zr, Cr)N 單層膜更高的硬度和更強的膜/ 基結合力, 最高值可分別達到HV4000 和大于200 N。