Abstract Pulse-enhanced vacuum arc evaporation (PEVAE) which combines pulsed and direct current operation of the arc source is a new method in cathodic arc evaporation technology. One advantage is to emit large amount of electrons which leading to more ionization of gas and metal. In this work, microstructure, adhesion and properties of TiN coatings related to substrate ion current and deposition energy Ebi at different nitrogen pressure were investigated. The experimental results revealed that compared to DC mode the substrate current and energy Ebi during PEVAE process were increased by 111 and 40.0% at most inducing denser morphology, a little bigger crystal size and much higher compressive stress which was related to the enhancement effect of the high pulse current on electron emission. Hardness values of TiN coatings were increased up to about 36–38 GPa. Adhesion of the coating was substantially improved with critical load 100 N and adhesion class HF 1 in scratch test and indentation test, respectively. This is due to denser morphology, higher H/E and H3/E2 ratios and less defects caused by higher substrate ion current and Ebi. The resistance to electrochemical corrosion and high-temperature oxidation and wear performance were also substantially improved because of the denser structure and higher H3/E2 ratio. In spite of changes in the nitrogen pressure, less changes had taken place in the microstructure and properties of the TiN thin coatings deposited by PEVAE than those prepared with the DC mode.

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高能脉冲增强真空电弧蒸发沉积TiN涂层的微观结构、附着力、力学和腐蚀性能

摘要 脉冲增强真空电弧蒸发（PEVAE）结合了电弧源的脉冲和直流操作，是阴极电弧蒸发技术中的一种新方法。优点之一是发射大量电子，导致气体和金属的更多电离。在这项工作中，研究了在不同氮气压力下与基底离子电流和沉积能量 Ebi 相关的 TiN 涂层的微观结构、附着力和性能。实验结果表明，与 DC 模式相比，PEVAE 工艺过程中衬底电流和能量 Ebi 增加了 111 和 40.0%，最多导致更致密的形貌、更大的晶体尺寸和更高的压应力，这与 PEVAE 的增强效应有关。电子发射的高脉冲电流。TiN 涂层的硬度值增加到大约 36-38 GPa。在划痕试验和压痕试验中，临界载荷为 100 N，附着力等级为 HF 1，涂层的附着力显着提高。这是由于更密集的形态、更高的 H/E 和 H3/E2 比率以及由更高的衬底离子电流和 Ebi 引起的缺陷更少。由于更致密的结构和更高的 H3/E2 比，耐电化学腐蚀和高温氧化和磨损性能也得到了显着提高。尽管氮气压力发生变化，但与 DC 模式制备的涂层相比，由 PEVAE 沉积的 TiN 薄涂层的微观结构和性能发生的变化较小。在划痕试验和压痕试验中，临界载荷为 100 N，附着力等级为 HF 1，涂层的附着力显着提高。这是由于更密集的形态、更高的 H/E 和 H3/E2 比率以及由更高的衬底离子电流和 Ebi 引起的缺陷更少。由于更致密的结构和更高的 H3/E2 比，耐电化学腐蚀和高温氧化和磨损性能也得到了显着提高。尽管氮气压力发生变化，但与 DC 模式制备的涂层相比，由 PEVAE 沉积的 TiN 薄涂层的微观结构和性能发生的变化较小。在划痕试验和压痕试验中，临界载荷为 100 N，附着力等级为 HF 1，涂层的附着力显着提高。这是由于更密集的形态、更高的 H/E 和 H3/E2 比率以及由更高的衬底离子电流和 Ebi 引起的缺陷更少。由于更致密的结构和更高的 H3/E2 比，耐电化学腐蚀和高温氧化和磨损性能也得到了显着提高。尽管氮气压力发生变化，但与 DC 模式制备的涂层相比，由 PEVAE 沉积的 TiN 薄涂层的微观结构和性能发生的变化较小。由于更致密的结构和更高的 H3/E2 比，耐电化学腐蚀和高温氧化和磨损性能也得到了显着提高。尽管氮气压力发生变化，但与 DC 模式制备的涂层相比，由 PEVAE 沉积的 TiN 薄涂层的微观结构和性能发生的变化较小。由于更致密的结构和更高的 H3/E2 比，耐电化学腐蚀和高温氧化和磨损性能也得到了显着提高。尽管氮气压力发生变化，但与 DC 模式制备的涂层相比，由 PEVAE 沉积的 TiN 薄涂层的微观结构和性能发生的变化较小。