在高温铝蚀以及冷热交变的恶劣服役环境下，压铸模具表面往往因出现铝蚀、 氧化、热疲劳裂纹等损伤，在冷热交变下产生的循环热应力的促进下导致模具断 裂失效。采用物理气相沉积（PVD）技术在其表面沉积 Ti 基涂层是目前比较有 效的防护手段，然而涂层在服役过程中常常因出现剥落或开裂等不稳定因素导致 结合失效，研究表明，涂层在制备过程中产生的高残余应力是导致其发生结合失 效的主要原因。

基于前人们的大量研究表明，在涂层的沉积过程中，高能惰性气体离子（Ar+） 在晶格缺陷或间隙位置的夹持会导致涂层产生过高残余压应力，而金属离子（成 膜离子）因其主要结合在晶格位置，可以减少沉积过程中所产生的生长应力，并 且金属离子辐照同样具有惰性气体离子轰击的所有优点。基于此，本文利用高功 率脉冲磁控溅射（HiPIMS）具有高离化率以及离子可调控等特性，通过增大金属 离子与惰性气体离子通量比例（NTi+ / NAr+），降低TiN涂层的残余应力。考虑到 涂层的生长受到等离子体中离子通量、离子比例以及离子能量的共同作用，通过 调控偏压大小来控制离子轰击能量，进一步提升TiN涂层的力学性能。本文主要 结论如下：

1．通过研究不同电源参数下等离子体发射光谱以及离子流的变化，结果表 明脉冲放电前期由Ar+放电为主导，后期由Ti+放电为主导，离子流在脉冲放电结 束后出现的第二峰位是以Ar+为主的离子峰，通过在峰值电流达到最大值时停止 放电，可使气体稀薄效应达到最强，有效防止Ar原子回充，在Ti+通量基本不变 的前提下使得NTi+ / NAr+从2.3提高到7。

2．通过增大NTi+ / NAr+的比值来降低Ar+轰击带来的危害，随着NTi+ / NAr+ 从 2.3 提高到 7，TiN 涂层的择优取向由（111）逐渐转向（200），沉积速率从 15nm/min 提高到 17nm/min，涂层的残余应力从6.8GPa 降低到0.9GPa，涂层的 韧性（H/E 和 H3/E2）得到有效的提升，涂层的膜基结合力也得到明显的改善， 证实了通过减少Ar+的轰击来降低涂层残余应力可行性。

3．通过控制离子轰击能量来对TiN涂层力学性能进一步提升，随着偏压从 0V 增大到-200V，TiN涂层的择优取向由（200）转变为（111），同时涂层晶粒尺 寸从41nm减小到9nm，使得涂层的硬度也从14.1GPa提高到27.3GPa，表明调 整偏压的大小，通过影响TiN涂层的晶体取向以及晶粒尺寸等微观结构，可以有 效提高涂层的硬度。残余应力从0.7GPa增加到5.7GPa，TiN涂层的H/E和H3/E2 的值与膜基结合力均呈先上升后下降的趋势，表明 TiN 涂层的韧性与膜基结合 力受综合性能的影响。