2024年4月12日发(作者：章正浩)
维普资讯
冯长杰等：电弧离子镀梯度（Ｔｉ，ＡＩ）Ｎ涂层的结构与机械性能研究
电弧离子镀梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的结构与机械性能研究
冯长杰 ，一，李明升 ，辛 丽２，朱圣龙２，王福会２
（１．南昌航空大学材料科学与工程学院，江西南昌３３００６３；２．中国科学院金属研究所腐蚀与防护国家重点实验室，
辽宁沈阳１５００１６；３．江西科技师范学院，江西南昌３３００６３）
摘要：采用电弧离子镀（ＡＩＰ）技术，在航空发动机
压气机用１Ｃｒｌ１Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ不锈钢上沉积了ＴｉＮ涂层、
２实验
（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层和梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层。运用带能谱的扫描
电镜（ＳＥＭ／ＥＤＡＸ）、电子探针（ＥＰＭＡ）、Ｘ射线衍射
梯度（ｉ，ＴＡ１）Ｎ涂层的制备是在ＭＩＰ．８．８００型电弧离
子镀设备上进行的。基材选用１Ｃｒ１１Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ不锈
钢，试样尺寸为：１５ｍｍ×１０ｍｍ×２．５ｍｍ，沉积前经过
仪（ＸＲＤ）、显微硬度仪、多功能摩擦磨损实验机等仪
器和热震实验对上述涂层的结构、机械性能和基体与涂
层的结合性能进行了研究。结果表明，梯度涂层的Ａｌ
含量由涂层／基体界面向涂层表面逐渐增多，内层Ａｌ含
量为３％（原子分数），外层 含量为４７％（原子分数）；
机械研磨、抛光及化学试剂（乙醇和丙酮）超声清洗等
预处理。通过调节使用靶（２个纯Ｔｉ靶和２个Ｔｉ０．５Ａｌｏ．５
合金靶）的个数、种类及其功率，实现涂层中 含量
由里到外逐渐增多。工艺参数为：温度为４００￣４５０℃，
Ｎ２分压为ｌ～１．２Ｐａ，沉积偏压一４５０Ｖ，电弧电流为４５～
８０Ａ，沉积时间１００ｍｉｎ，涂层厚度约为５￣６ｇｒｎ。ＴｉＮ
和（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的沉积电弧电流为６０Ａ，其它参数与梯
度涂层的相同。
梯度涂层具有Ｂｌ型（ＮａＣ１）单相结构和（２２０）择优
取向；梯度涂层的硬度和耐磨与（Ｔｉ， ）Ｎ涂层相近，且
明显高于ＴｉＮ涂层，结合性能优于（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层。
关键词： 电弧离子镀；梯度（Ｗｉ，Ａ１）Ｎ涂层；结构；机
械性能；结合力
中图分类号： ＴＧ１７４．４４４ 文献标识码：Ａ
文章编号： １００１．９７３１（２００７）增刊．３８８３．０３
利用带能谱的Ｐｈｉｌｉｐｓ．Ｘ３０扫描电镜观察涂层表面
及截面的形貌，采用日本岛津８１０Ｑ型电子探针测定涂
层的成分分布：用ｘ射线衍射确定涂层的相结构。
硬度测量在Ｓ删ＡＤＡｚＵ．ｉｎ型显微硬度计上进
１ 引 言
Ｔ｜Ｎ涂层具有较高的硬度和耐磨性，在工程实际中
得到广泛的应用［１－３］，但它的热硬性较差，其抗氧化温
度仅为５５０℃【３ｌ４】。与ＴｉＮ涂层相比，三元（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层
因具有更好的抗高温氧化性能和高温耐磨性能而受到
更广泛的重视 】。
在相同的制备条件下，随着Ａｌ含量的增加，ＴｉＡｌＮ
涂层与基体之间的结合强度逐渐减小［８】。基体与涂层因
热膨胀系数的差异而产生的热应力，是影响涂层与基体
结合强度的主要因素［９，１０１，而且，三元（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层与钢
行，载荷选用５０ｇ，为了减小压痕尺寸效应的影响和由
小压痕测量所带来的较大相对测量误差，同时考虑基体
硬度对测量值的影响，采用下式计算得到薄膜的本征硬
度㈣：
Ｈ—Ｈ
ｄ
布２Ｃｔ ｆ一 （Ｃｔ｝ｄ、 ‘州－
式中研为薄膜本征硬度， 为测量硬度， 为基体硬
度，ｔ是膜的厚度，ｄ是压痕深度，ｃ＝ｓｉｎ （２２。）；磨损
实验在Ａｍｓｌｅｒ摩擦磨损实验机上进行，摩擦副为表面
涂层块／４５ 钢淬火钢环，载荷为０．４７ｋｇ，线速度０．５２ｍ／ｓ；
摩擦试验时间为１５ｍｉｎ；润滑条件为干磨损。磨损面积
在ＪＸＤ．２型光学显微镜下测得。
基体之间存在较大的晶格错配度，使得涂层与基体的结
合力急剧下降，甚至在涂层的制备过程中就发生剥离现
象 。
热震实验是将样品放在马弗炉中在５００℃保温
１０ｍｉｎ，然后迅速在蒸馏水中（室温）冷却，吹干后在
为了降低（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层与基体之间的应力集中及保
持涂层良好的机械性能，综合ＴＩＮ和（ｉ，ＴＡＩ）Ｎ涂层的优
显微镜或扫描电镜下观察表面是否有裂纹或剥落发生。
点，本实验采用ＭＩＰ一８—８００型电弧离子镀设备，在
１Ｃｒｌ１Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ不锈钢基体上沉积了梯度（ｉ，ＴＡ１）Ｎ涂
３结果与讨论
３．１涂层的形貌与成分
层，并研究梯度涂层的结构和机械性能。
梯度（Ｔｉ，ＡＩ）Ｎ涂层的表面和截面形貌如图ｌ（ａ）、（ｂ）
所示。所得到的涂层表面平整、致密，有少量的熔滴存
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２００２ＡＡ３０５２０３）
收到稿件日期：２００７—０４—２３ 通讯作者：冯长杰
作者简介：冯长杰，男，博士，研究方向为腐蚀与防护。
维普资讯
助 能 材 料 ２００７年增刊（３８）卷
在，涂层与基体结合紧密。电子探针测量涂层截面Ｔｉ、
Ａ１元素的线分布如图１（ｃ）所示，从涂层／基体界面到
涂层表面，Ｔｉ元素含量逐渐减少，Ａ１元素含量逐渐增
数），涂层／基体界面到涂层表面Ａ１含量逐渐增加，涂层
的外表面（图ｌ（ｄ））Ａ１／Ａ１＋Ｔｉ约为４７％（原子分数）。电
子探针元素线扫描和能谱分析结果均表明，所制备的涂
层为Ａ１含量由里到外逐渐增加的梯度涂层。
多，Ｔｉ、Ａ１成分呈梯度分布。能谱分析（图ｌ（ｄ）所示）表
明，涂层底部Ａ１含量较低，Ａ１／ＡＩ＋Ｔｉ约为３％（原子分
。 ｜ｉ ｜ －
｜ ｉｉｉｉ！ｉｌ￣ｉ！ｉｌ ｊ 。。｜
图１ 梯度涂层的表面形貌（ａ）与截面形貌（ｂ），电子探针截面线扫描（ｃ）及上下两点的能谱（ｄ）
Ｆｉｇ １ Ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ（ａ）ａｎｄ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ（ｂ）ｏｆ ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ，ＥＰＭＡ（Ｃ）ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ＥＤＳ
ａｎａｌｙｓｉｓ（ｄ）ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ １ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｐｏｉｎｔ ２ ｉｎ Ｆｉｇ ｌ（ｂ）
３．２相结构
图２为ＴｉＮ、梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ和（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的Ｘ射
线衍射谱，经分析，３种涂层均具有面心立方结构。与
ＴｉＮ涂层的衍射谱相比，梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的具有（２２０）
择优取向，且（２２０）衍射峰的位置向右偏移（２０变大），
衍射峰具有不对称性。由于梯度涂层中Ａ１原子占据了
Ｔｉ原子的位置，引起晶格面间距减小【１引，使得衍射峰
的位置向右偏移，又由于从涂层／基体界面到涂层表面
点
％
ｔ－
Ｅ
Ｅ
２苎
固
０
＞
‘荔
丑
墨
《
图３ ＴｉＮ，梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ，（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的硬度和磨损
面积
Ｆｉｇ ３ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｗｅａｒ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＴＩＮ，ｇｒａｄｉｅｎｔ
Ａ１元素含量逐渐增多，Ｔｉ元素含量逐渐减少，使得涂
层的面间距由涂层／基体界面到涂层表面逐渐减少，这
种涂层结构梯度变化的结果，使得梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的
（２２０）衍射峰具有不对称性。
（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ａｎｄ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇｓ
３．４涂层的结合力
图４是（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层和梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层在５００＂Ｃ
热震的表面形貌。结果表明，（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层热震进行３
次之后，涂层表面发生大面积的剥落，而梯度涂层经过
５次热震之后，涂层与基体结合良好，没有出现裂纹或
剥落。在相同的试验条件下，ＴｉＮ涂层经过５次热震之
后，表面也没有出现裂纹或剥落现象。
２ ＯＩ（ ）
图２ ＴｉＮ，梯度（ｉ，ＴＡ１）Ｎ，（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的ｘ射线衍射谱
Ｆｉｇ ２ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ＴｉＮ，ｇｒａｄｉｅｎｔ（ｉ，ＴＡ１）Ｎ ａｎｄ（ｉ，ＴＡ１）Ｎ
ｃｏａｔｉｎｇｓ
图４涂层经５００℃热震的表面形貌
Ｆｉｇ ４ Ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ
ｓｈｏｃｋ ｔｅｓｔｓ ａｔ ５００℃
３－３涂层的硬度和耐磨性
ＴｉＮ、（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ和梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的硬度和摩擦实
验的结果如图３所示。可以看出，涂层的硬度和磨损面
积相关，（Ｔｉ。Ａ１）Ｎ涂层的硬度与耐磨性明显好于ＴｉＮ涂
层。梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层由于Ａｌ含量由里到外逐渐增加，
ＴｉＮ、（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层（Ａ１含量为５０％（原子分数））ｔ９１和
１Ｃｒｌ １Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ的热膨胀系数分别为：９．４×１０ Ｋ～、
７．５×１０ Ｋ。和ｌ２．２×１０ Ｋ～，基体的弹性模量为
１０９Ｇｐａ，ＴｉＮ和（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的弹性模量非常相近（可认
为相同），为４４０ＧＰａ［¨１，泊松比分别为０．２３２、０．１７７。
根据公式：
内层富ＴｉＮ，外层富（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ，其硬度和抗摩擦性能稍
低于（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层，但明显优于ＴｉＮ涂层。
维普资讯
冯长杰等：电弧离子镀梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的结构与机械性能研究 ３８８５
Ｄｆ：＝＝一二 墨 至二 Ｘ—ｌ—— ＿
一
（Ｌ 一２）
单一的（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层。
Ｉ ＋一×— 里
Ｙ
（Ｉ— ｆ），
参考文献：
Ｏｌｌｅｎｄｏｒｆ Ｈ，Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｄ，Ｓｃｈｗａｒｚ Ｔｈ，ｅｔ ａ１．［Ｊ】．Ｓｕｒｆ Ｃｏａｔ
Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９６，（８４）：４５８—４６４．
Ｐａｎ Ｗｕｕ—Ｌｉｎｇ，Ｙｕ Ｇｅ・Ｐｉｎｇ，Ｈｕａｎｇ Ｊｉａ—Ｈｏｎｇ．【Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ
＆Ｃｏａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９８，１１０：ｌｌ１・ｌ１９．
Ｙ Ｅ
’ ｍ
可计算出涂层的热应力 ，其中ａ ，嘶为基体和涂层的
热膨胀系数， 、 为基体和涂层的弹性模量，ｈ、Ｙ
分别为涂层和基体的厚度。由于ｙ＞＞｜ｌｚ，（２）式可化简
为：
Ｗ＿０ｌｆ－Ｄｉｅｔｅｒ ＭＵｎｚ．『Ｊ】．Ｊ Ｖａｃ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９８，Ａ
Ｄｆ＝＝：一二 墨 三二
一
（Ｌ ３）ｊｌ
４（６）：２７１７—２７２５．
Ｔｓｕｔｏｍｕ Ｉｋｅｄａ．『Ｊ】．１１１ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，１９９１，１９５：９９一ｌ１０．
（１一 ）
由（２）式可计算ＴｉＮ涂层与（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层由０＂Ｃ升高
到７００℃时的热应力分别为：１．１ＧＰａ，１．８ＧＰａ，单一
（Ｔｉ，ＡＤＮ涂层硬度高、脆性大，遇到外应力时，在涂层／
Ｐｒｅｎｇｅｌ Ｈ Ｇ Ｓａｎｔｈａｎａｍ Ａ Ｐｅｎｉｃｈ Ｒ Ｍ，ｅｔ ａ１．［Ｊ］．Ｓｕｒｆ
Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９７，９４・６５：５９７－６０２．
Ｗｏｏ Ｊ Ｈ，Ｌｅｅ Ｊ Ｋ，Ｌｅｅ Ｓ Ｒ，ｅｔ ａ１．［Ｊ】．Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔａｌｓ，
２０ｏｏ．５３：５２９・５３７．
基体界面处容易产生应力集中，导致涂层开裂或剥落。
梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的设计，可明显减少（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂
层／基体界面的应力集中，提高了（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层抗热
＝Ｉｒ； ｒ｝ｑ ｒ；踟
Ｋａｌｅ Ａ Ｎ，Ｒａｖｉｎｄｒａｎａｔｈ Ｋ，Ｋｏｔｈａｒｉ Ｄ Ｃ，ｅｔ ａ１．［Ｊ】．Ｓｕｒｆ
Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌ，２００１，１４５：６０—７０．
Ｄｉｎｇ—Ｆ Ｕ ＬＩＩ．［Ｊ］．Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｅｎｇ，１９９８，３３：２１３７・２１４５．
Ｌｉｎ Ｋｗａｎｇ・Ｈｓｉｕａｎ，Ｗｕ Ｃｈｅｎｇ・Ｄａｕ．［Ｊ】 ．
ｒ｝¨
Ｌｕｎｇ，Ｃｈａｏ
ｒＬ
Ｗｅｎ・
ｒＬ
Ｓｕｒｆ Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９７，８９：２７９・２８４．
震能力。
４结论
Ｗａｎｇ Ｄ・ Ｃｈａｎｇ Ｃ—Ｌ，Ｗｏｎｇ Ｋ—Ｗ［Ｊ］．ＳｕｒｆＣｏａｔＴｅｃｈｎｏｌ，
１９９９．１２０．１２１：３８８．３９４．
（１）电子探针、能谱分析和Ｘ射线衍射的结果分
析均表明，所制备的梯度涂层为内层富ＴｉＮ、外层富
（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ，且Ａ１含量由涂层／基体界面向涂层表面逐渐增
多，梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层具有面心立方的晶体结构，具有
（２２０）择优取向。
Ｘｉｅ Ｚｈｏｎｇ—ｗｅｉ，Ｇｕｏ ｗｅｉ，Ｈｅ Ｘｉａｏｍｉｎｇ．［Ｊ】．Ｖａｃｕｕｍ，１９９８，
２：２３．２７．
Ｊｏｎｓｓｏｎ Ｂ，Ｈｏｇｍａｒｋ Ｓ．［Ｊ】．Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，１９８４，１ １４：
２５７．２６９．
Ｃｒｅｍｅｒ Ｒ，Ｒｅｉｃｈｅｒｔ Ｋ，ＮｅｕｓｃｈＵｔｚ Ｄ．［Ｊ】．Ｓｕｒｆ Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌ，
２００１．１４２—１４４：６４２—６４８．
（２）硬度和耐磨性试验表明，梯度涂层的性能略
低于单～的（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层，但明显好于ＴｉＮ涂层；划
痕试验和５００＂Ｃ热震试验表明，梯度涂层的结合力优于
Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｋ Ｎ，Ｂｉｅｎｋ Ｅ Ｊ，Ｓｃｈｗｅｉｔｚ Ｋ Ｏ，ｅｔ ａ１．［Ｊ】．Ｓｕｒｆ
Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎｏ１．２００ｏ．１２３：２１９．２２６．
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐ ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，ＡＩ）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ
ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ
ＦＥＮＧ Ｃｈａｎｇ－ｊｉｅ ，ＬＩ Ｍｉｎｇ—ｓｈｅｎｇ ，ＸＩＮ Ｌ ，ＺＨＵ Ｓｈｅｎｇ—ｌｏｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｆｕ—ｈｕｉ
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｈａｎｇｋｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００６３，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １５００１６，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｊｉａｎｇｘｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｉＮ，ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ａｎｄ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｏｎ １Ｃｒｌ １Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｆｏｒ
ａｅｒｏ—ｅｎｇｉｎｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｂｌａｄｅｓ ｂｙ ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ＳＥＭ／ＥＤＡＸ，ＥＰＭＡ，ＸＲＤ，ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔｅｒ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ
ｗｅａｒ・ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ａ１ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
ｉｎｎｅｒ ｌａｙｅｒ ３ａｔ％ｔｏ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｌａｙｅｒ ４７ａｔ％．Ａｌｌ ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｈａｖｅ Ｂ１ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｃｏａｔｉｎｇ ｈａｓ ａ
ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ（２２０）ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔｎｃｅ ｏｆ ｔａｈｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，ＡＤＮ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｒｅ
ｓｉｍｉｌｒ ａｔｏ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｈｅ（ｔＴｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇｓ，ｂｕｔ ｍｕｃｈ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ＴｉＮ ｃｏａｔｉｎｇｓ．Ｔｈｅ ｈｏｔ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ
ｈｅ ｔａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ（ｉ，ＴＡ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ ｉｓ ｍｕｃｈ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ；ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，ＡＩ）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ
2024年4月12日发(作者：章正浩)
维普资讯
冯长杰等：电弧离子镀梯度（Ｔｉ，ＡＩ）Ｎ涂层的结构与机械性能研究
电弧离子镀梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的结构与机械性能研究
冯长杰 ，一，李明升 ，辛 丽２，朱圣龙２，王福会２
（１．南昌航空大学材料科学与工程学院，江西南昌３３００６３；２．中国科学院金属研究所腐蚀与防护国家重点实验室，
辽宁沈阳１５００１６；３．江西科技师范学院，江西南昌３３００６３）
摘要：采用电弧离子镀（ＡＩＰ）技术，在航空发动机
压气机用１Ｃｒｌ１Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ不锈钢上沉积了ＴｉＮ涂层、
２实验
（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层和梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层。运用带能谱的扫描
电镜（ＳＥＭ／ＥＤＡＸ）、电子探针（ＥＰＭＡ）、Ｘ射线衍射
梯度（ｉ，ＴＡ１）Ｎ涂层的制备是在ＭＩＰ．８．８００型电弧离
子镀设备上进行的。基材选用１Ｃｒ１１Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ不锈
钢，试样尺寸为：１５ｍｍ×１０ｍｍ×２．５ｍｍ，沉积前经过
仪（ＸＲＤ）、显微硬度仪、多功能摩擦磨损实验机等仪
器和热震实验对上述涂层的结构、机械性能和基体与涂
层的结合性能进行了研究。结果表明，梯度涂层的Ａｌ
含量由涂层／基体界面向涂层表面逐渐增多，内层Ａｌ含
量为３％（原子分数），外层 含量为４７％（原子分数）；
机械研磨、抛光及化学试剂（乙醇和丙酮）超声清洗等
预处理。通过调节使用靶（２个纯Ｔｉ靶和２个Ｔｉ０．５Ａｌｏ．５
合金靶）的个数、种类及其功率，实现涂层中 含量
由里到外逐渐增多。工艺参数为：温度为４００￣４５０℃，
Ｎ２分压为ｌ～１．２Ｐａ，沉积偏压一４５０Ｖ，电弧电流为４５～
８０Ａ，沉积时间１００ｍｉｎ，涂层厚度约为５￣６ｇｒｎ。ＴｉＮ
和（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的沉积电弧电流为６０Ａ，其它参数与梯
度涂层的相同。
梯度涂层具有Ｂｌ型（ＮａＣ１）单相结构和（２２０）择优
取向；梯度涂层的硬度和耐磨与（Ｔｉ， ）Ｎ涂层相近，且
明显高于ＴｉＮ涂层，结合性能优于（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层。
关键词： 电弧离子镀；梯度（Ｗｉ，Ａ１）Ｎ涂层；结构；机
械性能；结合力
中图分类号： ＴＧ１７４．４４４ 文献标识码：Ａ
文章编号： １００１．９７３１（２００７）增刊．３８８３．０３
利用带能谱的Ｐｈｉｌｉｐｓ．Ｘ３０扫描电镜观察涂层表面
及截面的形貌，采用日本岛津８１０Ｑ型电子探针测定涂
层的成分分布：用ｘ射线衍射确定涂层的相结构。
硬度测量在Ｓ删ＡＤＡｚＵ．ｉｎ型显微硬度计上进
１ 引 言
Ｔ｜Ｎ涂层具有较高的硬度和耐磨性，在工程实际中
得到广泛的应用［１－３］，但它的热硬性较差，其抗氧化温
度仅为５５０℃【３ｌ４】。与ＴｉＮ涂层相比，三元（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层
因具有更好的抗高温氧化性能和高温耐磨性能而受到
更广泛的重视 】。
在相同的制备条件下，随着Ａｌ含量的增加，ＴｉＡｌＮ
涂层与基体之间的结合强度逐渐减小［８】。基体与涂层因
热膨胀系数的差异而产生的热应力，是影响涂层与基体
结合强度的主要因素［９，１０１，而且，三元（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层与钢
行，载荷选用５０ｇ，为了减小压痕尺寸效应的影响和由
小压痕测量所带来的较大相对测量误差，同时考虑基体
硬度对测量值的影响，采用下式计算得到薄膜的本征硬
度㈣：
Ｈ—Ｈ
ｄ
布２Ｃｔ ｆ一 （Ｃｔ｝ｄ、 ‘州－
式中研为薄膜本征硬度， 为测量硬度， 为基体硬
度，ｔ是膜的厚度，ｄ是压痕深度，ｃ＝ｓｉｎ （２２。）；磨损
实验在Ａｍｓｌｅｒ摩擦磨损实验机上进行，摩擦副为表面
涂层块／４５ 钢淬火钢环，载荷为０．４７ｋｇ，线速度０．５２ｍ／ｓ；
摩擦试验时间为１５ｍｉｎ；润滑条件为干磨损。磨损面积
在ＪＸＤ．２型光学显微镜下测得。
基体之间存在较大的晶格错配度，使得涂层与基体的结
合力急剧下降，甚至在涂层的制备过程中就发生剥离现
象 。
热震实验是将样品放在马弗炉中在５００℃保温
１０ｍｉｎ，然后迅速在蒸馏水中（室温）冷却，吹干后在
为了降低（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层与基体之间的应力集中及保
持涂层良好的机械性能，综合ＴＩＮ和（ｉ，ＴＡＩ）Ｎ涂层的优
显微镜或扫描电镜下观察表面是否有裂纹或剥落发生。
点，本实验采用ＭＩＰ一８—８００型电弧离子镀设备，在
１Ｃｒｌ１Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ不锈钢基体上沉积了梯度（ｉ，ＴＡ１）Ｎ涂
３结果与讨论
３．１涂层的形貌与成分
层，并研究梯度涂层的结构和机械性能。
梯度（Ｔｉ，ＡＩ）Ｎ涂层的表面和截面形貌如图ｌ（ａ）、（ｂ）
所示。所得到的涂层表面平整、致密，有少量的熔滴存
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２００２ＡＡ３０５２０３）
收到稿件日期：２００７—０４—２３ 通讯作者：冯长杰
作者简介：冯长杰，男，博士，研究方向为腐蚀与防护。
维普资讯
助 能 材 料 ２００７年增刊（３８）卷
在，涂层与基体结合紧密。电子探针测量涂层截面Ｔｉ、
Ａ１元素的线分布如图１（ｃ）所示，从涂层／基体界面到
涂层表面，Ｔｉ元素含量逐渐减少，Ａ１元素含量逐渐增
数），涂层／基体界面到涂层表面Ａ１含量逐渐增加，涂层
的外表面（图ｌ（ｄ））Ａ１／Ａ１＋Ｔｉ约为４７％（原子分数）。电
子探针元素线扫描和能谱分析结果均表明，所制备的涂
层为Ａ１含量由里到外逐渐增加的梯度涂层。
多，Ｔｉ、Ａ１成分呈梯度分布。能谱分析（图ｌ（ｄ）所示）表
明，涂层底部Ａ１含量较低，Ａ１／ＡＩ＋Ｔｉ约为３％（原子分
。 ｜ｉ ｜ －
｜ ｉｉｉｉ！ｉｌ￣ｉ！ｉｌ ｊ 。。｜
图１ 梯度涂层的表面形貌（ａ）与截面形貌（ｂ），电子探针截面线扫描（ｃ）及上下两点的能谱（ｄ）
Ｆｉｇ １ Ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ（ａ）ａｎｄ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ（ｂ）ｏｆ ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ，ＥＰＭＡ（Ｃ）ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ＥＤＳ
ａｎａｌｙｓｉｓ（ｄ）ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ １ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｐｏｉｎｔ ２ ｉｎ Ｆｉｇ ｌ（ｂ）
３．２相结构
图２为ＴｉＮ、梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ和（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的Ｘ射
线衍射谱，经分析，３种涂层均具有面心立方结构。与
ＴｉＮ涂层的衍射谱相比，梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的具有（２２０）
择优取向，且（２２０）衍射峰的位置向右偏移（２０变大），
衍射峰具有不对称性。由于梯度涂层中Ａ１原子占据了
Ｔｉ原子的位置，引起晶格面间距减小【１引，使得衍射峰
的位置向右偏移，又由于从涂层／基体界面到涂层表面
点
％
ｔ－
Ｅ
Ｅ
２苎
固
０
＞
‘荔
丑
墨
《
图３ ＴｉＮ，梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ，（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的硬度和磨损
面积
Ｆｉｇ ３ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｗｅａｒ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＴＩＮ，ｇｒａｄｉｅｎｔ
Ａ１元素含量逐渐增多，Ｔｉ元素含量逐渐减少，使得涂
层的面间距由涂层／基体界面到涂层表面逐渐减少，这
种涂层结构梯度变化的结果，使得梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的
（２２０）衍射峰具有不对称性。
（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ａｎｄ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇｓ
３．４涂层的结合力
图４是（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层和梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层在５００＂Ｃ
热震的表面形貌。结果表明，（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层热震进行３
次之后，涂层表面发生大面积的剥落，而梯度涂层经过
５次热震之后，涂层与基体结合良好，没有出现裂纹或
剥落。在相同的试验条件下，ＴｉＮ涂层经过５次热震之
后，表面也没有出现裂纹或剥落现象。
２ ＯＩ（ ）
图２ ＴｉＮ，梯度（ｉ，ＴＡ１）Ｎ，（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的ｘ射线衍射谱
Ｆｉｇ ２ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ＴｉＮ，ｇｒａｄｉｅｎｔ（ｉ，ＴＡ１）Ｎ ａｎｄ（ｉ，ＴＡ１）Ｎ
ｃｏａｔｉｎｇｓ
图４涂层经５００℃热震的表面形貌
Ｆｉｇ ４ Ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ
ｓｈｏｃｋ ｔｅｓｔｓ ａｔ ５００℃
３－３涂层的硬度和耐磨性
ＴｉＮ、（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ和梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的硬度和摩擦实
验的结果如图３所示。可以看出，涂层的硬度和磨损面
积相关，（Ｔｉ。Ａ１）Ｎ涂层的硬度与耐磨性明显好于ＴｉＮ涂
层。梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层由于Ａｌ含量由里到外逐渐增加，
ＴｉＮ、（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层（Ａ１含量为５０％（原子分数））ｔ９１和
１Ｃｒｌ １Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ的热膨胀系数分别为：９．４×１０ Ｋ～、
７．５×１０ Ｋ。和ｌ２．２×１０ Ｋ～，基体的弹性模量为
１０９Ｇｐａ，ＴｉＮ和（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的弹性模量非常相近（可认
为相同），为４４０ＧＰａ［¨１，泊松比分别为０．２３２、０．１７７。
根据公式：
内层富ＴｉＮ，外层富（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ，其硬度和抗摩擦性能稍
低于（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层，但明显优于ＴｉＮ涂层。
维普资讯
冯长杰等：电弧离子镀梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的结构与机械性能研究 ３８８５
Ｄｆ：＝＝一二 墨 至二 Ｘ—ｌ—— ＿
一
（Ｌ 一２）
单一的（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层。
Ｉ ＋一×— 里
Ｙ
（Ｉ— ｆ），
参考文献：
Ｏｌｌｅｎｄｏｒｆ Ｈ，Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｄ，Ｓｃｈｗａｒｚ Ｔｈ，ｅｔ ａ１．［Ｊ】．Ｓｕｒｆ Ｃｏａｔ
Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９６，（８４）：４５８—４６４．
Ｐａｎ Ｗｕｕ—Ｌｉｎｇ，Ｙｕ Ｇｅ・Ｐｉｎｇ，Ｈｕａｎｇ Ｊｉａ—Ｈｏｎｇ．【Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ
＆Ｃｏａｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９８，１１０：ｌｌ１・ｌ１９．
Ｙ Ｅ
’ ｍ
可计算出涂层的热应力 ，其中ａ ，嘶为基体和涂层的
热膨胀系数， 、 为基体和涂层的弹性模量，ｈ、Ｙ
分别为涂层和基体的厚度。由于ｙ＞＞｜ｌｚ，（２）式可化简
为：
Ｗ＿０ｌｆ－Ｄｉｅｔｅｒ ＭＵｎｚ．『Ｊ】．Ｊ Ｖａｃ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９８，Ａ
Ｄｆ＝＝：一二 墨 三二
一
（Ｌ ３）ｊｌ
４（６）：２７１７—２７２５．
Ｔｓｕｔｏｍｕ Ｉｋｅｄａ．『Ｊ】．１１１ｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，１９９１，１９５：９９一ｌ１０．
（１一 ）
由（２）式可计算ＴｉＮ涂层与（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层由０＂Ｃ升高
到７００℃时的热应力分别为：１．１ＧＰａ，１．８ＧＰａ，单一
（Ｔｉ，ＡＤＮ涂层硬度高、脆性大，遇到外应力时，在涂层／
Ｐｒｅｎｇｅｌ Ｈ Ｇ Ｓａｎｔｈａｎａｍ Ａ Ｐｅｎｉｃｈ Ｒ Ｍ，ｅｔ ａ１．［Ｊ］．Ｓｕｒｆ
Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９７，９４・６５：５９７－６０２．
Ｗｏｏ Ｊ Ｈ，Ｌｅｅ Ｊ Ｋ，Ｌｅｅ Ｓ Ｒ，ｅｔ ａ１．［Ｊ】．Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔａｌｓ，
２０ｏｏ．５３：５２９・５３７．
基体界面处容易产生应力集中，导致涂层开裂或剥落。
梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层的设计，可明显减少（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂
层／基体界面的应力集中，提高了（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层抗热
＝Ｉｒ； ｒ｝ｑ ｒ；踟
Ｋａｌｅ Ａ Ｎ，Ｒａｖｉｎｄｒａｎａｔｈ Ｋ，Ｋｏｔｈａｒｉ Ｄ Ｃ，ｅｔ ａ１．［Ｊ】．Ｓｕｒｆ
Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌ，２００１，１４５：６０—７０．
Ｄｉｎｇ—Ｆ Ｕ ＬＩＩ．［Ｊ］．Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｅｎｇ，１９９８，３３：２１３７・２１４５．
Ｌｉｎ Ｋｗａｎｇ・Ｈｓｉｕａｎ，Ｗｕ Ｃｈｅｎｇ・Ｄａｕ．［Ｊ】 ．
ｒ｝¨
Ｌｕｎｇ，Ｃｈａｏ
ｒＬ
Ｗｅｎ・
ｒＬ
Ｓｕｒｆ Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９７，８９：２７９・２８４．
震能力。
４结论
Ｗａｎｇ Ｄ・ Ｃｈａｎｇ Ｃ—Ｌ，Ｗｏｎｇ Ｋ—Ｗ［Ｊ］．ＳｕｒｆＣｏａｔＴｅｃｈｎｏｌ，
１９９９．１２０．１２１：３８８．３９４．
（１）电子探针、能谱分析和Ｘ射线衍射的结果分
析均表明，所制备的梯度涂层为内层富ＴｉＮ、外层富
（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ，且Ａ１含量由涂层／基体界面向涂层表面逐渐增
多，梯度（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层具有面心立方的晶体结构，具有
（２２０）择优取向。
Ｘｉｅ Ｚｈｏｎｇ—ｗｅｉ，Ｇｕｏ ｗｅｉ，Ｈｅ Ｘｉａｏｍｉｎｇ．［Ｊ】．Ｖａｃｕｕｍ，１９９８，
２：２３．２７．
Ｊｏｎｓｓｏｎ Ｂ，Ｈｏｇｍａｒｋ Ｓ．［Ｊ】．Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，１９８４，１ １４：
２５７．２６９．
Ｃｒｅｍｅｒ Ｒ，Ｒｅｉｃｈｅｒｔ Ｋ，ＮｅｕｓｃｈＵｔｚ Ｄ．［Ｊ】．Ｓｕｒｆ Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎｏｌ，
２００１．１４２—１４４：６４２—６４８．
（２）硬度和耐磨性试验表明，梯度涂层的性能略
低于单～的（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ涂层，但明显好于ＴｉＮ涂层；划
痕试验和５００＂Ｃ热震试验表明，梯度涂层的结合力优于
Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｋ Ｎ，Ｂｉｅｎｋ Ｅ Ｊ，Ｓｃｈｗｅｉｔｚ Ｋ Ｏ，ｅｔ ａ１．［Ｊ】．Ｓｕｒｆ
Ｃｏａｔ Ｔｅｃｈｎｏ１．２００ｏ．１２３：２１９．２２６．
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐ ｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，ＡＩ）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ
ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ
ＦＥＮＧ Ｃｈａｎｇ－ｊｉｅ ，ＬＩ Ｍｉｎｇ—ｓｈｅｎｇ ，ＸＩＮ Ｌ ，ＺＨＵ Ｓｈｅｎｇ—ｌｏｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｆｕ—ｈｕｉ
（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｈａｎｇｋｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００６３，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １５００１６，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｊｉａｎｇｘｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｉＮ，ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ａｎｄ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｏｎ １Ｃｒｌ １Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｆｏｒ
ａｅｒｏ—ｅｎｇｉｎｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｂｌａｄｅｓ ｂｙ ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ＳＥＭ／ＥＤＡＸ，ＥＰＭＡ，ＸＲＤ，ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｔｅｓｔｅｒ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ
ｗｅａｒ・ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ａ１ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
ｉｎｎｅｒ ｌａｙｅｒ ３ａｔ％ｔｏ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｌａｙｅｒ ４７ａｔ％．Ａｌｌ ｔｈｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｈａｖｅ Ｂ１ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｃｏａｔｉｎｇ ｈａｓ ａ
ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ（２２０）ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔｎｃｅ ｏｆ ｔａｈｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，ＡＤＮ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｒｅ
ｓｉｍｉｌｒ ａｔｏ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｈｅ（ｔＴｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇｓ，ｂｕｔ ｍｕｃｈ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ＴｉＮ ｃｏａｔｉｎｇｓ．Ｔｈｅ ｈｏｔ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ
ｈｅ ｔａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ（ｉ，ＴＡ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ ｉｓ ｍｕｃｈ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ（Ｔｉ，Ａ１）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｒｃ ｉｏｎ ｐｌａｔｉｎｇ；ｇｒａｄｉｅｎｔ（Ｔｉ，ＡＩ）Ｎ ｃｏａｔｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ