本發(fā)明涉及電弧離子鍍技術(shù)，更具體地說，涉及一種耐磨涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

硬質(zhì)涂層作為一種重要的防護(hù)涂層，以其優(yōu)異的摩擦學(xué)性能和抗腐蝕性能被廣泛地應(yīng)用于切削刀具和齒輪等機(jī)件的表面的防護(hù)。工業(yè)上，電弧離子鍍技術(shù)作為一種典型的物理氣相沉積技術(shù)，因其高離化率，高沉積速率，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)涂層的制備。這種技術(shù)在基片上形成硬質(zhì)薄膜，但得到的硬質(zhì)薄膜的殘余應(yīng)力一般是壓應(yīng)力，而且數(shù)值往往很大，甚至高達(dá)-17GPa，過大的殘余壓應(yīng)力可使硬質(zhì)薄膜從基片上脫落，或使其翹曲、鼓包。

現(xiàn)已提出多種方法來抑制過高的殘余壓應(yīng)力，其中包括改進(jìn)沉積工藝、制備多層膜、采用成分梯度、引入過渡層、以及沉積后進(jìn)行退火處理，等等。例如，在申請公布號為CN104131250A的中國專利申請中，就公開了一種梯度成分設(shè)計(jì)的納米復(fù)合刀具涂層及其制備方法。

盡管這些方法有效改善了硬質(zhì)涂層的殘余應(yīng)力，提高了膜基結(jié)合力，但當(dāng)硬質(zhì)涂層厚度增大時，即使硬質(zhì)涂層的平均應(yīng)力沒有增大，膜基界面剪切力(涂層截面積x涂層平均應(yīng)力)也會顯著上升，使得大厚度硬質(zhì)涂層難以制備。另一方面，硬質(zhì)涂層在使用過程中，當(dāng)表面層和近表面層的高硬度區(qū)域被磨損消耗后，涂層的硬度大大降低，耐磨能力將顯著下降，甚至引起硬質(zhì)涂層的防護(hù)失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中的硬質(zhì)涂層厚度增大時、耐磨性能下降的缺陷，提供一種耐磨涂層的制備方法，能夠改善硬質(zhì)涂層的耐磨性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種耐磨涂層的制備方法，用于在基片表面制備硬質(zhì)涂層，所述方法包括以下步驟：

S101、選用預(yù)定的尺寸和性能的基片；

S102、對基片的待沉積表面進(jìn)行清洗干燥；

S103、在電弧離子鍍膜設(shè)備的真空室內(nèi)對基片的待沉積表面進(jìn)行濺射清洗；

S104、向真空室內(nèi)供入惰性氣體和N₂，采用電弧離子鍍技術(shù)在基片的表面上沉積氮化物硬質(zhì)涂層，在沉積過程中，梯度增加或者循環(huán)梯度增加N₂的流量，以便調(diào)整硬質(zhì)涂層內(nèi)的殘余應(yīng)力；

S105、對基片上的硬質(zhì)涂層進(jìn)行真空退火，最終獲得大厚度的耐磨涂層。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，依據(jù)弧離子鍍膜設(shè)備的真空室大小來確定梯度增加或者循環(huán)梯度增加N₂流量的數(shù)值、以及在每個梯度的N₂流量所保持的沉積時間。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在梯度增加N₂流量的情況下，以N個梯度增加N₂的流量，每個梯度保持預(yù)定的時間，N個梯度所保持的時間總和為總的沉積時間，其中N為整數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在循環(huán)梯度增加N₂流量的情況下，總的沉積時間被分割為M個周期，每個周期內(nèi)以L個梯度增加N₂的流量，每個梯度保持預(yù)定的時間，L個梯度所保持的時間總和為單個周期的時間長度，其中M、L為整數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，真空室內(nèi)的惰性氣體流量保持不變，而增加N₂流量，所述真空室內(nèi)的總壓在從0.5Pa到1.6Pa的范圍內(nèi)變化。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在沉積前，真空室內(nèi)的總壓調(diào)節(jié)至預(yù)定的固定值，在梯度增加或者循環(huán)梯度增加N₂流量的過程中，對應(yīng)地減少惰性氣體流量，使得總壓保持不變，該預(yù)定的固定值介于0.5Pa到1.6Pa的范圍內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，在采用電弧離子鍍技術(shù)在基片的表面上沉積氮化物硬質(zhì)涂層時，選用的靶材為Ti、TiAl或TiCrAl。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，所述N₂流量以5～10sccm為梯度增加。

根據(jù)本發(fā)明所述的方法，沉積溫度為100～400℃，總的沉積時間為300～500分鐘。

實(shí)施本發(fā)明的方法，具有以下有益效果：通過梯度增加或循環(huán)增加N₂流量，有效降低了大厚度涂層的殘余應(yīng)力；涂層具有更好的抗劃痕能力和斷裂韌性；大厚度涂層的磨痕表面比較光滑平整，且磨痕表面的粘附物和磨屑也較少，涂層具有良好的摩擦學(xué)性能。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明的耐磨涂層的制備方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、沉積涂層時通入的N₂流量隨時間變化的示意圖；

圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的截面形貌示意圖；

圖4A和4B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的各種成分沿層深的分布示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的殘余應(yīng)力沿層深的分布示意圖；

圖6A和6B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的截面硬度沿層深的分布示意圖；

圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的洛氏壓痕形貌示意圖；

圖8A和8B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的劃痕強(qiáng)度的示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的摩擦系數(shù)隨著時間的變化曲線示意圖；

圖10A和圖10B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層經(jīng)過120分鐘摩擦實(shí)驗(yàn)后的磨痕形貌及成分分析示意圖；

圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層經(jīng)過120分鐘摩擦實(shí)驗(yàn)后的磨痕輪廓示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明的耐磨涂層的制備方法100的流程圖。如圖1所示，在本發(fā)明中，耐磨涂層的制備方法100主要包括以下步驟：

步驟101，選用預(yù)定的適當(dāng)尺寸和性能的基片。該基片是待沉積耐磨涂層的刀具、模具以及零部件等，通常選用鋼材；

步驟102：對基片的待沉積表面進(jìn)行清洗干燥。具體而言，通常依次采用酒精、金屬洗滌劑和去離子水進(jìn)行超聲清洗，時間均為3-8分鐘，再用干燥的N₂將表面吹干，使得基片的待沉積表面清潔、利于與涂層結(jié)合。之后，將基片裝入電弧離子鍍膜設(shè)備的真空室內(nèi)；

步驟103：在真空室內(nèi)對基片的待沉積表面進(jìn)行濺射清洗。將靶材裝入真空室內(nèi)，使基片與靶材正對懸掛。關(guān)閉真空室門，對真空室預(yù)抽真空，使真空室內(nèi)的壓力低于6.0×10^-3Pa。之后，打開加熱電源對真空室進(jìn)行烘烤，將基片預(yù)熱至100-300℃。向真空室內(nèi)通入惰性氣體，使真空腔室內(nèi)升壓至預(yù)定的起始壓力。對基體加脈沖偏壓，對基片的待沉積表面進(jìn)行濺射清洗。

其中，該靶材的材料可以根據(jù)需要選擇，例如Ti、TiAl、TiCrAl等能夠被氮化形成硬質(zhì)涂層的材料。惰性氣體優(yōu)選Ar氣、Kr氣等，并根據(jù)真空室的大小來調(diào)節(jié)惰性氣體的流量。該起始壓力可以是例如0.5Pa。脈沖偏壓為負(fù)700-1000V，占空比為20％～50％，轟擊時間為1～5分鐘。

步驟104：濺射清洗結(jié)束后，采用電弧離子鍍在基片的表面上沉積硬質(zhì)涂層。調(diào)節(jié)基體的脈沖偏壓為負(fù)50～150V，占空比為20％～50％，弧電流為50～70A，沉積溫度為100～400℃，總的沉積時間為300～500分鐘。向真空室內(nèi)供入N₂，基片的表面上所沉積的硬質(zhì)涂層是靶材材料的氮化物，例如，當(dāng)靶材分別選用Ti、TiAl、TiCrAl材料時，分別形成TiN、TiAlN、TiCrAlN硬質(zhì)涂層。

在沉積過程中，梯度增加或者循環(huán)梯度增加N₂的流量，以便有效地調(diào)整硬質(zhì)涂層內(nèi)的殘余應(yīng)力，獲得大厚度的硬質(zhì)涂層。

梯度增加或者循環(huán)梯度增加N₂流量的數(shù)值、以及在每個梯度的N₂流量所保持的沉積時間，會依據(jù)電弧離子鍍膜設(shè)備的真空室大小而變化。在梯度增加N₂流量的情況下，以N個梯度增加N₂的流量。每個梯度保持預(yù)定的時間，N個梯度所保持的時間總和為總的沉積時間(可參照圖2)。其中N為整數(shù)，其數(shù)值可依據(jù)電弧離子鍍膜設(shè)備的真空室大小而變化。通常，N₂流量可以以5～10sccm為梯度增加，優(yōu)選5sccm、10sccm。N的數(shù)值可以為10～20。對應(yīng)地，每個梯度保持的預(yù)定時間為15-30分鐘。以上僅為舉例，本發(fā)明不限于此。

在循環(huán)梯度增加N₂流量的情況下，總的沉積時間被分割為M個周期，每個周期內(nèi)以L個梯度增加N₂的流量。每個梯度保持預(yù)定的時間，L個梯度所保持的時間總和為單個周期的時間長度(可參照圖2)。其中M、L為整數(shù)，其數(shù)值可依據(jù)電弧離子鍍膜設(shè)備的真空室大小而變化。通常，N₂流量可以以5～10sccm為梯度增加，優(yōu)選5sccm、10sccm。M的數(shù)值可以為3～6，L的數(shù)值可以為10～20。每個梯度保持的預(yù)定時間為2-10分鐘。以上僅為舉例，本發(fā)明不限于此。

需要說明的是，無論是梯度增加還是循環(huán)梯度增加N₂流量，都可以以兩種方式進(jìn)行。其中一種是，真空室內(nèi)的惰性氣體流量保持不變，而增加N₂流量，這樣，真空腔室內(nèi)的總壓會隨著N₂的變化，從起始壓力開始變化。但總壓保持在預(yù)定的最高壓力范圍內(nèi)。例如，總壓可以從0.5Pa到1.6Pa的范圍內(nèi)變化。另一種是，在沉積前，真空室內(nèi)的總壓調(diào)節(jié)至預(yù)定的固定值。在梯度增加或者循環(huán)梯度增加N₂流量的過程中，對應(yīng)地減少惰性氣體流量，使得總壓保持不變。該預(yù)定的固定值介于0.5Pa到1.6Pa的范圍內(nèi)。

步驟105：沉積硬質(zhì)涂層的過程結(jié)束后，對基片上的硬質(zhì)涂層進(jìn)行真空退火，最終獲得大厚度的耐磨涂層。退火的溫度為200～500℃。

以下以具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，選用316L不銹鋼作為基片材料，其彈性模量E和泊松比υ分別為195GPa和0.3，基片表面為12K拋光鏡面?；叽鐬?0×10×0.8mm、30×30×0.8mm兩種規(guī)格。

依次用金屬洗滌劑、去離子水超聲對基片的待沉積表面清洗5分鐘，再用干燥的N₂將表面烘干后，裝入電弧離子鍍膜設(shè)備的真空室內(nèi)。在該實(shí)施例中，采用泰克諾TSU-400型多功能離子鍍膜機(jī)。

接下來，對基片的待沉積表面進(jìn)行濺射清洗。在該實(shí)施例中，在基片表面制備TiAlN涂層，因此選用原子比為1：1的TiAl靶材?；龑Π胁膽覓欤谢酁?00mm。關(guān)閉真空室門，對真空室預(yù)抽真空，本底真空為5.0×10-3Pa；預(yù)熱至200℃，再通入流量為50sccm的Ar氣，升壓至0.5Pa，加負(fù)900V和占空比30％的脈沖偏壓，對基片表面進(jìn)行濺射清洗，轟擊時間1分鐘。

濺射清洗結(jié)束后，在基片的表面上沉積硬質(zhì)涂層。涂層沉積過程中，脈沖偏壓為負(fù)100V，占空比30％，弧電流55～60A，沉積溫度為350℃，沉積時間為400分鐘。固定Ar氣流量50sccm不變，采取梯度增加N₂流量、以及循環(huán)增加N₂流量使總壓在0.5～1.2Pa之間變動的方法，分別制備出兩種工藝的大厚度TiAlN涂層。

這兩種方法的具體流量調(diào)節(jié)參數(shù)見圖2。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、沉積涂層時通入的N₂流量隨時間變化的示意圖。其中示出了梯度增加N₂流量、以及循環(huán)增加N₂流量的兩種方案。

在梯度增加N₂流量的情況下，以5sccm為梯度增加N₂的流量，共20個梯度，每個梯度保持20分鐘。真空腔室內(nèi)的總壓會隨著N₂的變化，從起始壓力0.5Pa開始增加?？偟某练e時間為400分鐘。

在循環(huán)梯度增加N₂流量的情況下，總的沉積時間被分割為4個周期，每個周期內(nèi)以5sccm為梯度增加N₂的流量，共20個梯度，每個梯度保持5分鐘。在每個周期內(nèi)，真空腔室內(nèi)的總壓會隨著N₂的變化，從起始壓力0.5Pa開始增加。總的沉積時間為400分鐘。

接下來，對硬質(zhì)涂層的特性進(jìn)行分析。

利用ZEISS生產(chǎn)的SUPRA55型掃描電鏡(SEM)觀察涂層的截面形貌及測量涂層的厚度；并利用掃描電子顯微鏡附帶的能量色散X射線光譜儀(EDX)，分析涂層成分沿層深的分布。采用Supro Instruments生產(chǎn)的薄膜應(yīng)力儀，測試涂層薄膜全膜厚平均應(yīng)力；采用剝層曲率半徑法測量大厚度涂層的殘余應(yīng)力及其沿層深分布，通過均勻化學(xué)腐蝕，逐層剝離涂層，測量試片曲率的變化及剝離層厚度，計(jì)算出應(yīng)力沿層深分布。硬度測試采用MH-6型顯微硬度計(jì)，實(shí)驗(yàn)載荷25g，加載時間保持10s；涂層的膜基結(jié)合力分別采用定量和定性兩種方式測定，采用HT-3002復(fù)雜型劃痕儀進(jìn)行定量測試，試驗(yàn)載荷0～100N，滑行距離3mm，采用VDI3198洛氏壓痕評級法進(jìn)行定性測試，使用帶有120°金剛石圓錐壓頭的洛氏硬度計(jì)，選用150Kgf載荷，在試片表面加載12s，并利用SEM觀察壓痕邊緣涂層破裂的情況；摩擦磨損試驗(yàn)選用UMT-3摩擦試驗(yàn)機(jī)，采用半徑為4mm的Si₃N₄摩擦球，在載荷10N、摩擦半徑9mm和轉(zhuǎn)速800r/min的摩擦測試條件下，經(jīng)過120min的摩擦磨損測試后，得到大厚度涂層的摩擦系數(shù)，并利用布魯克的Dektak XT型號的輪廓儀，測定磨痕截面形貌計(jì)算磨損率。

圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的截面形貌示意圖。如圖3A和3B所示，大厚度涂層的截面比較平整光滑，且基體與涂層在界面處結(jié)合良好，厚度分別達(dá)到68.79μm和64.48μm。圖3A中的掃描電子顯微鏡結(jié)果表明，梯度增加N₂流量獲得的大厚度涂層中，靠近膜基界面處存在較多大顆粒，在N₂流量較低的工藝下，涂層致密性明顯偏低，大顆粒和部分空洞的存在有效的緩解了應(yīng)力的累積，熔滴尺寸大致在0.95μm～10.33μm范圍內(nèi)。圖3B中的掃描電子顯微鏡結(jié)果表明，循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層展現(xiàn)出類似多層膜的結(jié)構(gòu)，在循環(huán)梯度增加N₂流量的每個循環(huán)周期得到的涂層的厚度大致相同，沿涂層厚度方向大顆粒分布相對均勻，大顆粒和部分空洞的存在有效的緩解了應(yīng)力的累積。

圖4A和4B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的各種成分沿層深的分布示意圖。如圖4A和4B所示，Ti元素的含量沿涂層深度方向有微弱改變，而Al元素和N元素的分布因工藝的調(diào)節(jié)發(fā)生了明顯的變化。在梯度增加N₂流量獲得的大厚度涂層中，N元素的含量從膜基界面向表面逐漸增加，相應(yīng)的Al元素的含量逐漸減少，這是由于界面處TiAl含量高，隨著N₂流量增大，TiAlN越來越多，Al元素被N元素部分替代。在循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層中，也呈現(xiàn)出同樣的規(guī)律性。此外，工作總壓的變化，必然導(dǎo)致Ti、Al元素在到達(dá)涂層表面的過程中受到碰撞的變化，N₂流量增加時，總壓升高，涂層中金屬元素的含量也隨之下降。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的殘余應(yīng)力沿層深的分布示意圖。如圖5所示，梯度增加和循環(huán)增加N₂流量所制備的兩種大厚度涂層，在涂層生長過程中，隨著N元素含量的變化，其殘余應(yīng)力沿層深方向逐漸累積而增大。隨著膜層厚度的增加，總體趨勢展現(xiàn)出沿層深方向的應(yīng)力逐漸增大，梯度增加N含量和循環(huán)梯度增加N含量，雖然沒有改變應(yīng)力沿層深逐漸累積增大的趨勢，但是有效減緩了應(yīng)力沿層深累積增大的速度。我們可以看到，在兩種N₂流量調(diào)節(jié)的工藝下，兩種涂層的殘余應(yīng)力始終處于較低水平，特別是我們測試了其全膜厚平均應(yīng)力分別為：梯度增加N₂流量獲得的大厚度涂層為-0.74GPa，循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層為-0.92GPa，折算為膜基界面剪切力，梯度增加N₂流量獲得的大厚度涂層為509N，循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層為593N，此水平與厚度為5μm、殘余應(yīng)力-10GPa的薄膜樣品相當(dāng)。

圖6A和6B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N2流量和循環(huán)梯度增加N2流量時所得到的大厚度涂層的截面硬度沿層深的分布示意圖。如圖6A和6B所示，由涂層/基體界面到涂層表面的方向，圖6A中涂層的截面硬度逐漸增大，越靠近涂層表面，其硬度值越大，這與N元素含量增多，氮化物增多趨勢相一致。從圖6B中可以明顯看出明暗相間的多層結(jié)構(gòu)，硬度值的分布與N元素含量的循環(huán)相一致。測試兩種大厚度涂層的表面硬度分別為(1825.9±62)HV和(1979.5±88)HV，可以發(fā)現(xiàn)，涂層表面硬度高于截面硬度，這是因?yàn)橥繉訛橹鶢罹L結(jié)構(gòu)，截面硬度測試從柱狀晶的側(cè)面壓入，而表面硬度測試從柱狀晶的頂部壓入。截面硬度可代表其硬度變化趨勢，表面硬度才是其真實(shí)硬度。

圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的洛氏壓痕形貌示意圖。從圖中可以看出，未見明顯涂層脫落或徑向裂紋，說明大厚度涂層的斷裂韌性比較好，膜基結(jié)合力較好。

圖8A和8B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層的劃痕強(qiáng)度的示意圖。如圖8A和8B所示，從圖中可以明顯的發(fā)現(xiàn)，在最初的磨合階段，涂層的摩擦系數(shù)迅速增加，主要是因?yàn)樵诔跏嫉哪Σ聊p過程中，接觸條件從兩物體間磨料磨損逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻缑婊?。?jīng)過1000s的磨合期后，梯度涂層逐漸達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，摩擦因數(shù)穩(wěn)定在0.7～0.8之間，而循環(huán)涂層的摩擦因數(shù)變化波動較大，且表現(xiàn)出一定的周期性，這是由于摩擦磨損過程中膜層被磨損，與循環(huán)涂層成分的周期性分布有關(guān)。當(dāng)摩擦磨損5000s左右，梯度大厚度涂層的摩擦系數(shù)降低至0.65左右，這是由于隨著磨損時間增加，較硬的近表面層逐漸損耗，同時伴有部分的氧化磨損，導(dǎo)致摩擦副之間的界面變得平滑，使摩擦系數(shù)得到降低。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層經(jīng)過120分鐘摩擦實(shí)驗(yàn)后的磨痕形貌及成分分析示意圖。經(jīng)SEM觀察可以發(fā)現(xiàn)，大厚度涂層的磨痕表面比較光滑平整，且磨痕表面的粘附物和磨屑也較少，說明TiAlN大厚度涂層具有良好的摩擦學(xué)性能。

圖10A和圖10B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層經(jīng)過120分鐘摩擦實(shí)驗(yàn)后的磨痕形貌及成分分析示意圖。如圖10A和圖10B所示，經(jīng)SEM觀察可以發(fā)現(xiàn)，大厚度涂層的磨痕表面比較光滑平整，且磨痕表面的粘附物和磨屑也較少，說明TiAlN大厚度涂層具有良好的摩擦學(xué)性能，且梯度增加N2流量時大厚度涂層具有更好的耐磨性。

圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、梯度增加N₂流量和循環(huán)梯度增加N₂流量時所得到的大厚度涂層經(jīng)過120分鐘摩擦實(shí)驗(yàn)后的磨痕輪廓示意圖?？梢钥闯觯繉拥淖畲竽ズ凵疃刃∮谕繉拥暮穸?，說明經(jīng)過120分鐘后摩擦磨損距離約為5426m，而大厚度涂層仍未磨穿，展現(xiàn)出很好的耐磨性。

以上實(shí)施例僅為舉例說明，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，針對不同的條件，可以做出適應(yīng)性的調(diào)整。

實(shí)施本發(fā)明的耐磨涂層的制備方法，通過梯度增加和循環(huán)增加N₂流量，在基體上制備了兩種大厚度的硬質(zhì)涂層，并對其力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)N₂流量對大厚度涂層成分的調(diào)節(jié)效果明顯，Ti元素的含量沿層深分布變化不大，而Al和N元素的含量隨N₂流量變化顯著；大厚度的硬質(zhì)涂層的殘余應(yīng)力沿層深的分布，總體趨勢從膜基界面向表面逐漸增大，梯度增加N₂流量得到的大厚度涂層和循環(huán)梯度增加N₂流量得到的大厚度涂層的全膜厚平均應(yīng)力分別為-0.74GPa和-0.92GPa，變化N₂流量工藝有效降低了大厚度涂層的殘余應(yīng)力；此外，大厚度涂層的截面硬度分布與N元素含量分布相一致，梯度增加N₂流量得到的大厚度涂層和循環(huán)梯度增加N₂流量得到的大厚度涂層的表面硬度分別達(dá)到(1825.9±62)HV和(1979.5±88)HV；結(jié)合力測試結(jié)果表明，循環(huán)大厚度涂層具有更好的抗劃痕能力和斷裂韌性；大厚度涂層的磨痕表面比較光滑平整，且磨痕表面的粘附物和磨屑也較少，涂層具有良好的摩擦學(xué)性能，且梯度涂層相比循環(huán)涂層具有更低的摩擦系數(shù)與磨損率，表現(xiàn)出更好的耐磨性能。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。