N2流量比對(duì)AlCrMoSiN 涂層組織結(jié)構(gòu) 和性能的影響

葛敏，劉艷梅，李壯，王重陽(yáng)，張蕊，王鐵鋼

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 天津市高速切削與精密加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

切削刀具作為機(jī)械加工的“牙齒”，對(duì)提升制造業(yè)技術(shù)水平，發(fā)揮著不可替代的作用。隨著我國(guó)在機(jī)械加工領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，傳統(tǒng)刀具生產(chǎn)效率低，切削質(zhì)量差[1]，不再適用于高強(qiáng)度加工。涂層刀具的出現(xiàn)減少了切削過(guò)程中的摩擦損耗，緩解了工件上的積屑瘤堆積[2]，同時(shí)在刀具適用度與切削精度方面展現(xiàn)出更好的優(yōu)勢(shì)。因此，不斷完善刀具涂層的設(shè)計(jì)體系與使用性能對(duì)制造業(yè)發(fā)展具有重大意義[3-5]。

為響應(yīng)綠色發(fā)展要求，傳統(tǒng)加工方式因切削液污染嚴(yán)重、切屑不易收集等缺點(diǎn)，逐漸被干式切削取代[6-7]。AlCrSiN 涂層因優(yōu)異的抗氧化性以及抗腐蝕性被廣泛應(yīng)用，但該涂層摩擦系數(shù)高，切削過(guò)程產(chǎn)生大量切削熱，限制了AlCrSiN 涂層刀具在干式切削領(lǐng)域的發(fā)展，故優(yōu)化涂層的摩擦性能成為涂層制備的關(guān)鍵。過(guò)渡族鉬元素是一種理想的固體潤(rùn)滑劑，在服役過(guò)程中，易與氧氣反應(yīng)，形成層狀的MoO3，起到減磨與潤(rùn)滑的作用。張海瑜等[8]研究了Mo 含量對(duì)鐵基涂層摩擦性能的影響，發(fā)現(xiàn)Mo 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，涂層的摩擦系數(shù)降至最低0.55，Mo 元素的加入促使摩擦界面形成MoO3膜層，具有顯著的潤(rùn)滑作用。蒙德強(qiáng)[9]通過(guò)提高CrMo 靶功率，發(fā)現(xiàn)涂層的摩擦系數(shù)從0.65 降至0.56，在摩擦過(guò)程中形成的潤(rùn)滑氧化膜MoO3，發(fā)揮了減磨作用。Kim 等[10]采用電弧離子鍍與直流磁控濺射混合技術(shù)制備Cr-Mo-N 涂層，Mo的加入形成了(Cr,Mo)N 固溶相，Mo 的原子分?jǐn)?shù)為30.4%時(shí)，摩擦系數(shù)從純CrN 涂層的0.49 降至0.37，并認(rèn)為由于生成了固體潤(rùn)滑劑MoO3而提高了涂層的抗磨損性能。在反應(yīng)沉積過(guò)程中，N2流量的多少直接決定著涂層中Mo 元素的存在形式，從而影響其潤(rùn)滑性能，尤其在含Si 和Mo 的納米復(fù)合涂層中，關(guān)于N2流量比的研究鮮有報(bào)道[11]。

脈沖直流磁控濺射具有沉積速率高、性能穩(wěn)定等 優(yōu)點(diǎn)，但粒子能量低，導(dǎo)致原子遷移率差，而高功率脈沖磁控濺射具有較高的離化率與峰值功率，可低溫沉積結(jié)構(gòu)致密、力學(xué)性能好、長(zhǎng)壽命的高質(zhì)量涂層。若將兩者復(fù)合，可充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效率沉積高質(zhì)量薄膜。關(guān)于利用高功率脈沖磁控濺射與脈沖直流磁控濺射復(fù)合技術(shù)研制AlCrMoSiN 涂層，蒙德強(qiáng)[9]、李壯[12]已探究過(guò)靶材濺射功率、工作壓強(qiáng)等工藝參數(shù)對(duì)AlCrMoSiN 涂層組織結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步通過(guò)改變N2流量調(diào)控涂層成分和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升其各項(xiàng)性能，系統(tǒng)研究N2流量比對(duì)涂層組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和摩擦磨損性能的影響，獲得AlCrMoSiN 涂層組織結(jié)構(gòu)演變規(guī)律和硬度、彈性模量、摩擦磨損性能的變化規(guī)律，以及相應(yīng)的影響機(jī)理。

1 試驗(yàn)

1.1 涂層制備

利用高功率脈沖磁控濺射和脈沖直流磁控濺射復(fù)合技術(shù)，在拋光的硬質(zhì)合金（25 mm×25 mm× 3.5 mm）、單晶硅片（30 mm×30 mm×0.67 mm）和不銹鋼（20 mm×18 mm×2.0 mm）表面沉積AlCrMoSiN涂層。所有基體依次在脫脂劑、超純水、無(wú)水乙醇中超聲清洗15 min，干燥后固定于裝夾板，并懸掛于爐內(nèi)。選用AlCrSi 合金靶（原子比為6∶3∶1）連接高功率脈沖磁控濺射，CrMo 合金靶（原子比為1∶4）連接脈沖直流磁控濺射。開(kāi)啟粗抽閥，抽至3.9 Pa，分子泵全速時(shí)，開(kāi)啟精抽閥，抽至6.0×10-3Pa，沉積溫度設(shè)為400 ℃。通入Ar（99.99%），流量為200 L/min，調(diào)整節(jié)流閥，將工作壓強(qiáng)控制為1.5 Pa，設(shè)置偏壓為-800 V，對(duì)基體輝光放電清洗15 min。保持偏壓不變，開(kāi)啟電弧Cr 靶進(jìn)行離子轟擊清洗。再將偏壓調(diào)至-150 V，通入反應(yīng)氣體氮?dú)?，沉積CrN 過(guò)渡層，以提高涂層的結(jié)合力。保持沉積壓強(qiáng)為1.6 Pa，將AlCrSi靶濺射功率調(diào)為1.2 kW，CrMo 靶濺射功率設(shè)置為0.4 kW，分別通入不同的氮?dú)饬髁?，而氮?dú)馀c氬氣總流量保持為250 L/min，制備AlCrMoSiN 涂層，沉積時(shí)間為6 h，其中詳細(xì)工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 AlCrMoSiN 涂層沉積參數(shù) Tab.1 Deposition parameters of AlCrMoSiN coatings

1.2 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

采用X 射線衍射儀（D8-Discovery，Βrucker，Βillerica，USA）對(duì)涂層進(jìn)行物相分析，電流為40 mA，電壓為 40 kV，掃描步長(zhǎng)為 0.01°，掃描速度為0.02 (°)/s，衍射角范圍為20°～90°，Cu 靶單色Ka 射線作為檢測(cè)射線，對(duì)應(yīng)X 射線波長(zhǎng)為0.154 1 nm。采用日立高分辨率U8010 型掃描電子顯微鏡觀察涂層的表面與截面形貌，并利用美國(guó)EDAX 公司生產(chǎn)的Octane Elect EDS 系統(tǒng)分析涂層的化學(xué)成分。利用安東帕商貿(mào)有限公司生產(chǎn)的THT 型高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試涂層的摩擦系數(shù)，摩擦溫度為(23±2) ℃，空氣濕度為25%±5%，選擇氧化鋁球（直徑為6.15 mm，硬度為1 800HV0.2）作為涂層摩擦學(xué)性能評(píng)估的對(duì)應(yīng)物，施加4 N 的法向恒定載荷，摩擦圈數(shù)為3 000圈。利用美國(guó)KLA-Tencor 公司生產(chǎn)的Alpha Step D-300 型探針式輪廓儀，測(cè)出涂層的磨痕橫截面積，代入公式K=V/(L×S)，計(jì)算出磨損率，其中V表示磨損體積，L表示法向載荷，S表示摩擦距離。利用VHX-1000C 型超景深顯微鏡觀察涂層的磨痕形貌，分析涂層的磨損失效機(jī)理。利用Anton Paar 公司制造的TTX-NHT-3 型納米壓痕儀測(cè)試涂層的納米硬度（H）及彈性模量（E），載荷為10 mN，保壓時(shí)間為10 s，并進(jìn)一步計(jì)算H/E、H3/E*2值。利用Anton Paar公司生產(chǎn)的RST-3 型劃痕儀測(cè)試涂層的結(jié)合強(qiáng)度，劃痕長(zhǎng)度為3 mm，劃痕速率為6 mm/min，法向載荷由0 N 均勻增加至100 N。

2 結(jié)果與分析

2.1 元素成分

不同N2流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的化學(xué)成分如圖1 所示。由圖1 可知，隨著N2流量比增加，N元素的原子分?jǐn)?shù)由26.34%逐漸上升至37.90%，Al 由30.20%降至23.32%，Cr、Mo、Si 元素含量略微下降。當(dāng)N2流量比較低（14%、16%）時(shí)，元素成分變化不明顯，歸因于這一過(guò)程中沉積壓強(qiáng)保持恒定，參與放電的氣體分子數(shù)量不變，濺射粒子平均自由程變化較小，與氣體離子碰撞幾率不變，氮原子未能充分與金屬離子發(fā)生化合反應(yīng)，涂層中元素成分受N2流量的影響就會(huì)較?。涣硪环矫?，在相同工作壓強(qiáng)下，N2分壓升高，Ar 分壓減小，由于Ar 濺射系數(shù)高于N2[13]，使得2 個(gè)合金靶材中粒子的濺射產(chǎn)額大幅降低，而Al 元素相對(duì)其他金屬元素的離化率更低[14]，因此涂層中Al 元素的下降速率更顯著；另外，隨著N2流量的增加，電壓逐漸升高，會(huì)引起靶材中毒，降低沉積效率，影響涂層金屬元素成分下降。

圖1 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的化學(xué)成分 Fig.1 Chemical composition of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

2.2 物相分析

不同N2流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的XRD圖譜如圖2 所示。由圖2 可知，當(dāng)N2流量比為14%和16%時(shí)，涂層在低角度處的衍射峰較弱。因?yàn)镃rN、Mo2N 以及氮化硅的結(jié)合能分別為 574.4、228.3、101.8 eV[15]，根據(jù)能量最低原理，N 與Si 優(yōu)先反應(yīng)形成非晶Si3N4，剩余的N 與金屬元素（Al、Cr、Mo）結(jié)合，生成金屬氮化物，導(dǎo)致涂層結(jié)晶度過(guò)低。當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁勘扔?8%提高至20%時(shí)，fcc-CrN、cubic-Mo2N相沿(111)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。Du 等[16]、Goldfarb 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，涂層中立方結(jié)構(gòu)晶胞的生長(zhǎng)受應(yīng)變能與表面能的共同影響，晶面取向的應(yīng)變能是(111)＜(200)，晶面取向的表面能是(200)＜(220)＜(111)。當(dāng)N2流量比為20%時(shí)，較高的N2濃度會(huì)削弱濺射粒子的動(dòng)能，導(dǎo)致成膜粒子沿著應(yīng)變能最低的(111)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。同時(shí)，隨著N2流量比升高，清晰可見(jiàn)沿(111)、(200)晶面生長(zhǎng)的衍射峰向低角度偏移。這是由于涂層沉積過(guò)程中，發(fā)生了固溶置換，Al、Cr、Mo 等元素因離子半徑差異引起晶格畸變，是導(dǎo)致衍射峰發(fā)生偏移的重要原因[18]。另一方面，N2流量增加，反應(yīng)更加充分，改變了涂層內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致衍射峰向小角度偏移[19]。當(dāng)N2流量比為22%時(shí)，在(1010)晶面上的hcp-AlN衍射峰消失，且在(333)、(440)晶面上的Al2O3衍射峰也消失。當(dāng)N2流量比較低時(shí)，氧化物的存在是由于真空室內(nèi)殘存的氧氣、反應(yīng)氣體中或靶材中存在的微量氧雜質(zhì)均可能與Al 元素反應(yīng)，形成Al2O3。當(dāng)N2流量增多時(shí)，氧雜質(zhì)相對(duì)含量降低，形成的氧化物衍射峰變得不明顯。涂層中也未檢測(cè)出Si3N4等含Si化合物的衍射峰。Hirohata 等[20]指出，氮化硅結(jié)晶溫度一般超過(guò)1 000 ℃，而制備AlCrMoSiN 涂層所使用的沉積溫度為400 ℃，遠(yuǎn)低于氮化硅的結(jié)晶溫度，因此Si 元素可能以非晶態(tài)存在。

圖2 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的XRD 圖譜 Fig.2 XRD patterns of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

2.3 微觀結(jié)構(gòu)

不同N2流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的表面形貌如圖3 所示。在N2含量比較低（14%、16%）時(shí)，涂層中的非晶（Si3N4）含量多，形成的納米晶晶粒很小，導(dǎo)致晶體學(xué)特征不明顯，與圖2 中XRD 結(jié)果相一致。隨著N2流量比升高，氮化物（CrN,AlN 等）反應(yīng)充分，涂層結(jié)晶度升高，表面形貌發(fā)生明顯變化。氮?dú)饬髁勘瘸掷m(xù)增加，衍射峰增強(qiáng)，形成的納米晶頂部呈現(xiàn)菜花狀。當(dāng)N2流量比增至22%時(shí)，涂層中的晶粒頂部呈現(xiàn)“三棱錐”狀[21-22]。

圖3 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的表面形貌 Fig.3 Surface morphology of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

不同N2流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的截面形貌如圖4 所示?？梢钥闯?，隨著N2流量比的增加，涂層中柱狀結(jié)構(gòu)變得更加明顯，基體、過(guò)渡層（CrN）、涂層三者之間界面清晰。當(dāng)N2流量比為14%、16%時(shí)，鍍膜室內(nèi)的氮原子與Si 充分反應(yīng)，形成更多的非晶相Si3N4，非晶相包裹納米晶，束縛了AlN、CrN晶粒的生長(zhǎng)，導(dǎo)致晶粒尺寸較小，截面呈現(xiàn)模糊的玻璃狀結(jié)構(gòu)。隨著N2流量比增加至18%，AlCrMoSiN涂層在(111)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)，截面逐漸向致密有序的柱狀晶轉(zhuǎn)化。

圖4 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的截面形貌 Fig.4 Cross-sectional morphology of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

2.4 力學(xué)性能

2.4.1 硬度與彈性模量

不同N2流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的硬度和彈性模量如圖5 所示。從圖5 中可以看出，隨著N2流量增加，硬度呈現(xiàn)先增大、后減小的趨勢(shì)。在N2流量比為16%時(shí)，涂層的硬度達(dá)到最高值17.56 GPa。結(jié)合XRD 分析結(jié)果，當(dāng)N2流量比為14%時(shí)，涂層中形成較多的非晶相，抑制了晶粒生長(zhǎng)，導(dǎo)致涂層較 軟。隨著N2流量比增大，AlN、CrN 等氮化物逐漸形成，非晶相以一定比例包裹納米晶，形成納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，兩相界面起到了強(qiáng)化作用[23-24]。N2流量比進(jìn)一步增大，更多金屬元素與氮原子反應(yīng)，形成氮化物，非晶相含量相對(duì)減少，同時(shí)產(chǎn)生了新的Mo2N 相，該相極易產(chǎn)生晶面滑移和位錯(cuò)，從而導(dǎo)致涂層硬度下降。彈性模量在低氮?dú)饬髁勘龋?4%、16%）下與硬度呈正相關(guān)，在N2流量比為16%時(shí)，彈性模量為292.31 GPa；當(dāng)N2流量比超過(guò)18%時(shí)，彈性模量快速升高，但此時(shí)由于硬度急劇下降，涂層抵抗彈性變形的能力也在下降；N2流量比為22%時(shí)，彈性模量達(dá)到最高值335.26 GPa。

圖5 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的 硬度和彈性模量 Fig.5 Hardness and elastic modulus of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

2.4.2 特征值H/E、H 3/E ＊2

不同N2流量制備的AlCrMoSiN 涂層的H/E、H3/E*2值如圖6 所示。上述特征值也是衡量涂層力學(xué)性能的重要指標(biāo)，可以反映涂層抵抗彈性應(yīng)變的能力、涂層的斷裂韌性和耐磨性。H/E越大，表明涂層發(fā)生彈性變形時(shí)吸收能量的能力越強(qiáng)；H3/E*2越大，表明涂層抵抗塑性變形的能力越強(qiáng)。公式E*=E/(1-υ2)中，υ為涂層泊松比。由圖6 可知，涂層的H/E、H3/E*2隨著N2流量比的增加呈現(xiàn)先升高、后降低的趨勢(shì)。結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)與XRD 結(jié)果，N2流量比較低時(shí)，非晶相抑制了納米晶生長(zhǎng)，結(jié)晶度較差，晶粒呈現(xiàn)玻璃狀，影響了涂層的韌性；當(dāng)流量比高于18%時(shí)，氮化物增多，涂層較軟，導(dǎo)致韌性降低；當(dāng)N2流量比為18%時(shí)，涂層的H/E、H3/E*2分別達(dá)到了最高值0.067 和0.04 GPa，表明涂層此時(shí)的抗彈性應(yīng)變能力最強(qiáng)，韌性最好。

圖6 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的 H/E 和H3/E*2 Fig.6 H/E and H3/E*2 of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

2.4.3 臨界載荷

涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度通常被定義為涂層/基體分離的能量[25]，結(jié)合強(qiáng)度也被稱(chēng)為臨界載荷。不同N2流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的劃痕形貌如圖7所示。本次試驗(yàn)的臨界載荷由表面劃痕法測(cè)得。法向載荷從0 N 逐漸增至100 N，在法向和切向載荷的聯(lián)合作用下，涂層首先出現(xiàn)塑性變形，隨后在劃痕處產(chǎn)生一些碎屑和裂紋，最終涂層從基體上剝離，表明涂層完全失效[26-27]。AlCrMoSiN 涂層的臨界載荷與不同 N2流量比之間的關(guān)系如圖8 所示。由圖8 可知，N2流量比升高到18%時(shí)，涂層的結(jié)合強(qiáng)度明顯提高，達(dá)到最高值70.6 N。此時(shí)，涂層具有典型的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，兩相界面起到強(qiáng)化作用。另外，適量的Mo 含量可以提高AlCrMoSiN 涂層的韌性，當(dāng)受到剪應(yīng)力和壓應(yīng)力作用時(shí)，那些尺寸較小的晶粒極易發(fā)生滑移，提高涂層彈性應(yīng)變的能力，抑制裂紋產(chǎn)生。當(dāng)N2流量比高于18%時(shí)，氮化物相增多，結(jié)晶度升高，柱狀晶體易出現(xiàn)穿晶斷裂，涂層較脆易剝落，臨界載荷降至最小值59.5 N。

圖7 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的劃痕形貌 Fig.7 Scratch morphology of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

圖8 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的臨界載荷 Fig.8 Critical loads of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

2.5 摩擦學(xué)性能

2.5.1 平均摩擦系數(shù)

不同N2流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的平均摩擦系數(shù)如圖9 所示，所有涂層在到達(dá)穩(wěn)定磨損之前均經(jīng)過(guò)了預(yù)磨階段。由圖9 可知，涂層的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)出先降低、后升高的趨勢(shì)。當(dāng)N2流量比為18%時(shí)，平均摩擦系數(shù)最低為0.54。N2流量比較低（低于18%）時(shí)，涂層結(jié)晶度不高，硬度與臨界載荷較低，在室溫條件下進(jìn)行摩擦試驗(yàn)時(shí)，法向載荷持續(xù)作用，導(dǎo)致涂層磨損，剝落的碎屑在摩擦過(guò)程中與Al2O3球和涂層形成三體磨損，增加了摩擦阻力，摩擦系數(shù)較高。當(dāng)N2流量比高于18%時(shí)，由于涂層硬度開(kāi)始下降，摩擦過(guò)程中，界面接觸面積增大，從而導(dǎo)致平均摩擦系數(shù)又增加。

圖9 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的 平均摩擦系數(shù) Fig.9 Average friction coefficient of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

2.5.2 磨痕形貌、磨損率

不同N2流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的磨痕形貌如圖10 所示。可以看出，在相同法向載荷的作用下，5 種涂層的磨痕形貌均清晰完整，且未被磨穿，磨痕中均存在微犁溝，主要以磨粒磨損為主。當(dāng)N2流量比為14%和16%時(shí)，磨痕較寬，且分布著較多磨屑，此時(shí)涂層的力學(xué)性能較差，剝落的硬質(zhì)顆粒聚集于摩擦接觸區(qū)域，形成三體磨損，造成涂層表面的塑性損傷[28-29]。當(dāng)N2流量比為18%時(shí)，涂層的韌性 與結(jié)合強(qiáng)度最優(yōu)，抗磨損能力最強(qiáng)，因此磨痕最窄，磨損程度最低。當(dāng)N2流量比高于18%時(shí)，氮化物相增多，涂層較脆易剝落，磨痕變寬，磨屑堆積明顯，抗磨損性能有所降低。

圖10 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的磨痕形貌 Fig.10 Wear morphology of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

不同N2流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的磨損率如圖11 所示?？梢钥闯?，隨著N2流量比的增加，磨損率呈現(xiàn)出先增大、后降低、再緩慢升高的變化規(guī)律。當(dāng) N2流量比為 18%時(shí)，涂層的磨損率最低，為1.3×10-3μm3/(N·μm)，此時(shí)涂層的耐磨性最好。這與涂層特征值H/E、H3/E*2的變化基本一致，特征值越高，涂層韌性越好，而耐磨性與韌性成正相關(guān)。當(dāng)N2流量比超過(guò)18%時(shí)，氮化物晶粒得到生長(zhǎng)，晶粒增大，涂層在摩擦過(guò)程中容易發(fā)生磨損，在法向應(yīng)力與剪切應(yīng)力作用下，造成局部剝落，產(chǎn)生碎屑，磨損程度加劇，磨損率升高。

圖11 不同N2 流量比制備的AlCrMoSiN 涂層的磨損率 Fig.11 Wear rate of AlCrMoSiN coatings prepared with different N2 flow ratios

3 結(jié)論

1）利用高功率脈沖磁控濺射和脈沖直流磁控濺射復(fù)合技術(shù)，在不同 N2流量比下沉積一系列AlCrMoSiN 涂層。隨著N2流量比增加，涂層結(jié)晶度升高，涂層中fcc-CrN、fcc-AlN 相沿(111)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。因摻入的間隙原子使晶格發(fā)生畸變，晶格尺寸變大，(111)、(200)晶面衍射峰向小角度偏移。

2）隨著N2流量比增大，涂層硬度與臨界載荷先升高、后降低。當(dāng)N2流量比為16%時(shí)，硬度達(dá)到最大值17.56 GPa。當(dāng)N2流量比為18%時(shí)，臨界載荷達(dá)到最大值70.9 N。

3）隨著N2流量逐漸增大，涂層的平均摩擦系數(shù)先降低、后升高，磨損率先升高、后降低、再緩慢升高。當(dāng)N2流量比為18%時(shí)，制備涂層的摩擦系數(shù)和磨損率均最低，分別為0.54 和1.3×10-3μm3/(N·μm)。