金属学报

作者：毕健浩男, 张艳, 王振玉, 周晟昊, 刘永跃, 张小岩, 汪爱英

单位：1 浙江工业大学 化学工程学院 杭州 310014；2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 海洋关键材料全国重点实验室 全省极端环境材料表面与界面重点实验室 宁波 315201；3 宁波合力科技股份有限公司 宁波 315799；4 宁波大榭开发区天正模具有限公司 宁波 315812

关键词：CrAlMoN固溶涂层,高通量制备,高强韧,Magnéli润滑相,耐磨损性能,

基金：国家自然科学基金项目(52171090);国家杰出青年科学基金项目(52025014);宁波市科技计划项目(2022Z011);宁波市科技计划项目(2023QL049);宁波市科技计划项目(2023Z022)

CrAlN涂层因具有硬度高、热稳定性和抗氧化性能良好等特点，在模具防护方向备受关注。然而，在铝合金压铸和热冲压模具严苛工况下，涂层的摩擦系数高、抗冲击韧性差，从而严重限制了其应用。本工作基于多元合金设计与高通量制备思路，采用受控阴极真空电弧复合技术在H13钢材基底表面制备了CrAlMoN涂层，研究了Mo含量对涂层的微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响。利用XRD、SEM、EDS和SEM表征了涂层的相结构、表/截面形貌及元素分布，利用划痕仪和纳米压痕仪分析了涂层的硬度、膜基结合力和韧性等力学性能，利用摩擦试验机研究了涂层在大气环境下的摩擦学性能。结果表明，当Mo的原子分数从0.72%增加到19.47%时，掺杂Mo主要以固溶形式存在于(Cr, Al)N晶体结构中且伴有少量Mo2N相生成。其中，当Mo含量为2.55%时，涂层的硬度和弹性模量最高，分别为(38.7 ± 1.3)和(580.9 ± 11.1) GPa，且涂层抗裂纹产生及扩展能力强，呈现高强韧特征。由于Mo掺杂利于生成Magnéli相氧化物MoO3，涂层耐摩擦性能优异，摩擦系数和磨损率分别在0.32~0.51和(5.90~10.88) × 10-7 mm3/(N·m)之间。当Mo含量达到19.47%时，涂层的摩擦系数最低(0.31)，磨损率为5.90 × 10-7 mm3/(N·m)。微结构分析表明，涂层磨损失效主要源于磨粒磨损、氧化磨损与局域点状剥落。

来源：2025年第9期

《金属学报》期刊编辑部

查看金属学报杂志2025年第9期