·1628· 工程科学学报，第37卷，第12期 划痕方向 涂层剥离，塑性变形 弹性变形 划痕方向 X38 593Nm PC-SEM PC-SEM 1600 (e) 划数方同 1200 800 400 结合强度59.2N PC-SEM 的e电5Bmm 20 40 60 100 载荷N 图5划痕形貌和结合强度.(a)划痕形貌：(b)弹性变形；(c)塑性变形：(d)涂层剥离：(c)结合强度 Fig.5 Scratch morphologies and interface bonding strength:(a)scratching morphology:(b)coating delamination:(c)plastic deformation;(d) elastic deformation:(e)binding strength 强度即为59.2N(图5(e)),表明涂层与基体之间具有 (4)涂层结合界面为机械+扩散形式，划痕法测 牢固的结合 得界面结合强度为59.2N,主要来源于界面处吸附、扩 对于涂层与硬质合金基体的结合界面，离子镀沉 散、化合等结合方式的共同作用. 积的原子依靠基体表面断键原子的吸附作用吸附到基 体上，以该处为形核点，开始形核长大，最终形成涂 参考文献 层闭，表明涂层与基体结合界面存在吸附结合方式 Shi L Y,Liu Y M,Zhang S Q,et al.Effect of sintering proce- 在离子镀过程中，涂层中Al、Ti、Cr、N和基体中Ti在 dures on the gradient structure of graded cemented carbides with a 结合界面处出现梯度扩散层，形成扩散结合方式，如图 cubic carbide-free layer.J Unir Sci Technol Beijing,2011,33 (4):462 4(b)~(e)所示.同时，基体中C原子扩散至基体中， (史留勇，刘义敏，张守全，等.烧结工艺对脱B层梯度硬质 进入TiN、AN和CN晶格点阵的同时，涂层中N也扩 合金梯度结构的影响.北京科技大学学报，2011,33(4)： 散进入基体TiC晶格中，生成TiCN、AICN、CCN等化 462) 合物，形成化合结方式.因此，涂层与基体之间结合方 2] Wang S Y,Lin S J,Chen X.High temperature oxidation behavior 式是由吸附结合、扩散结合、化合结合等方式组成，这 of TiAlCrN coating.Chin J Nonferrous Met,2013,23(8):2267 是AlTiCrN涂层具有较高的结合强度的主要原因. (王赛玉，蔺绍江，陈肖.T下iAlCrN涂层的高温氧化行为.中 国有色金属学报，2013,23(8)：2267) 3结论 B] Zhang X,Jiang B L,Yang C,et al.Microstructure and friction coefficient of carbon doped CrTiAlN coatings.Trans Mater Heat (I)AlTiCrN涂层由Al、Ti、Cr和N元素组成，其 Tret,2011,32(8):123 物相以AlN、CN和TiN为主，在(111)晶面具有很强 (张翔，蒋百灵，杨超，等.碳参杂对CrTiAIN镀层显微组织 的择优取向 和摩擦系数的影响.材料热处理学报，2011,32(8)：123) (2)界面线扫描表明，Al、Ti、Cr和N原子浓度在 [4 Sveen S,Andersson J M,M'Saoubi R,et al.Scratch adhesion 涂层中高于基体，而T、W和C0原子主要分布在基体 characteristics of PVD TiAlN deposited on high speed steel,ce- 中，基体中C原子在结合界面处向涂层中发生一定的 mented carbide and PCBN substrates.Wear,2013,308:133 扩散. [5] Shi Y J,Pan F S,Wang W Q,et al.Structural,mechanical and tribological properties of CrTiAIN coatings on Al alloy deposited by (3)面扫描表明，A、T、C和N原子在涂层中形 sputtering.Chin J Nonferrous Met,2011,21(9):2099 成富集层，在结合界面处发生梯度的扩散现象，而T、 (石永敏，潘复生，王维青，等.溅射沉积铝合金基CrTiAIN W和Co在基体中形成富集层，基体中C原子在界面 涂层的结构、力学以及摩擦学特性.中国有色金属学报， 处形成扩散层. 2011,21(9):2099)工程科学学报，第 37 卷，第 12 期 图 5 划痕形貌和结合强度． ( a) 划痕形貌; ( b) 弹性变形; ( c) 塑性变形; ( d) 涂层剥离; ( e) 结合强度 Fig． 5 Scratch morphologies and interface bonding strength: ( a) scratching morphology; ( b) coating delamination; ( c) plastic deformation; ( d) elastic deformation; ( e) binding strength 强度即为 59. 2 N( 图 5( e) ) ，表明涂层与基体之间具有 牢固的结合． 对于涂层与硬质合金基体的结合界面，离子镀沉 积的原子依靠基体表面断键原子的吸附作用吸附到基 体上，以该处为形核点，开始形核长大，最终形成涂 层［17］，表明涂层与基体结合界面存在吸附结合方式． 在离子镀过程中，涂层中 Al、Ti、Cr、N 和基体中 Ti 在 结合界面处出现梯度扩散层，形成扩散结合方式，如图 4( b) ～ ( e) 所示． 同时，基体中 C 原子扩散至基体中， 进入 TiN、AlN 和 CrN 晶格点阵的同时，涂层中 N 也扩 散进入基体 TiC 晶格中，生成 TiCN、AlCN、CrCN 等化 合物，形成化合结方式． 因此，涂层与基体之间结合方 式是由吸附结合、扩散结合、化合结合等方式组成，这 是 AlTiCrN 涂层具有较高的结合强度的主要原因． 3 结论 ( 1) AlTiCrN 涂层由 Al、Ti、Cr 和 N 元素组成，其 物相以 AlN、CrN 和 TiN 为主，在( 111) 晶面具有很强 的择优取向． ( 2) 界面线扫描表明，Al、Ti、Cr 和 N 原子浓度在 涂层中高于基体，而 Ti、W 和 Co 原子主要分布在基体 中，基体中 C 原子在结合界面处向涂层中发生一定的 扩散． ( 3) 面扫描表明，Al、Ti、Cr 和 N 原子在涂层中形 成富集层，在结合界面处发生梯度的扩散现象，而 Ti、 W 和 Co 在基体中形成富集层，基体中 C 原子在界面 处形成扩散层． ( 4) 涂层结合界面为机械 + 扩散形式，划痕法测 得界面结合强度为 59. 2 N，主要来源于界面处吸附、扩 散、化合等结合方式的共同作用． 参 考 文 献 ［1］ Shi L Y，Liu Y M，Zhang S Q，et al． Effect of sintering proce￾dures on the gradient structure of graded cemented carbides with a cubic carbide-free layer． J Univ Sci Technol Beijing，2011，33 ( 4) : 462 ( 史留勇，刘义敏，张守全，等． 烧结工艺对脱 β 层梯度硬质 合金梯度结构的影响． 北京科技大学学报，2011，33 ( 4) : 462) ［2］ Wang S Y，Lin S J，Chen X． High temperature oxidation behavior of TiAlCrN coating． Chin J Nonferrous Met，2013，23( 8) : 2267 ( 王赛玉，蔺绍江，陈 肖． TiAlCrN 涂层的高温氧化行为． 中 国有色金属学报，2013，23( 8) : 2267) ［3］ Zhang X，Jiang B L，Yang C，et al． Microstructure and friction coefficient of carbon doped CrTiAlN coatings． Trans Mater Heat Treat，2011，32( 8) : 123 ( 张翔，蒋百灵，杨超，等． 碳掺杂对 CrTiAlN 镀层显微组织 和摩擦系数的影响． 材料热处理学报，2011，32( 8) : 123) ［4］ Sveen S，Andersson J M，M’Saoubi Ｒ，et al． Scratch adhesion characteristics of PVD TiAlN deposited on high speed steel，ce￾mented carbide and PCBN substrates． Wear，2013，308: 133 ［5］ Shi Y J，Pan F S，Wang W Q，et al． Structural，mechanical and tribological properties of CrTiAIN coatings on Al alloy deposited by sputtering． Chin J Nonferrous Met，2011，21( 9) : 2099 ( 石永敬，潘复生，王维青，等． 溅射沉积铝合金基 CrTiAIN 涂层的结 构、力 学 以 及 摩 擦 学 特 性． 中国有色金属学报， 2011，21( 9) : 2099) · 8261 ·