一体化压铸模具在汽车产业轻量化和节能环保政策的背景下应时而生，其在服役过程中受到高温、高速铝液冷热交替作用，传统的表面处理技术不能满 足如此苛刻的服役条件，采用HiPIMS技术制备结构致密光滑，同时具有良好力学性能的 AlCrN 涂层是提升模具表面性能的重要手段之一。本文通过复合涂层体系设计、表面功能层的制备与性能研究，制备出具有抗铝黏着性能 AlCrN 涂层。 首先，开展涂层体系的数值模拟设计与优化，通过 ABAQUS 建立均布荷载 下三维 AlCrN / CrN / Cr 涂层模型，使用显示分析准静态加载过程，研究涂层表 界面处的应力演化规律，同时构建归一化的厚度配比云图，分析不同厚度配比对涂层体系应力响应的影响。实验发现，CrN 与 Cr 涂层厚度提升可以显著提升涂层的承载能力，同时 AlCrN 涂层对界面剪应力和表面拉应力有显著的影响， 同时可通过调整 AlCrN 的厚度控制最大剪应力出现位置。选取 0.8 / 0.1 / 0.1 厚度配比的涂层可以保证涂层体系拥有小表面拉应力和部分界面剪应力的同时， 具备较低的 Mises 应力和不处于界面处的最大剪应力。根据数值模拟实验结果 制备了处于不同厚度影响区的涂层体系，并通过纳米压痕检测涂层体系的力学 性能。发现 AlCrN 涂层厚度最大而 CrN 与 Cr 厚度较薄时，涂层体系内呈现最 优的应力分布状态。该厚度配比的涂层体系可以有效预防涂层裂纹和脱落的产 生，从而提升涂层的承载能力。 其次，根据优化后的厚度配比制备涂层。基于等离子体发射光谱(OES)，采 用高能脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在不同基底偏压和不同的 N₂ / Ar 流量比下制 备具有致密结构的高性能 AlCrN 涂层。结果表明，基底偏压对涂层的微观结构 有显著影响，随着基底偏压增大，涂层沉积速率降低，截面微观结构有明显细 化趋势。同时溅射过程中靶放电特征和等离子体参量演变并不明显，涂层成分也保持稳定。在 100 V 的基底偏压下制备的涂层具有致密微观结构的同时也可 保证了涂层与基体良好结合。通过对不同 N₂ / Ar 流量比下制备的涂层发现，N₂ / Ar 流量比的增加，HiPIMS 下的峰值电流随之升高，沉积速率先增大后降低； 成膜环境出现大量的离子态，Cr Ⅱ、Al Ⅱ、N Ⅱ的强度明显提升；涂层结构随着 N₂ / Ar 流量的变化主要呈现三种状态：非晶结构、hcp-AlN 与 fcc-AlCrN 混合相、 主要为单一 fcc-AlCrN 相，涂层中 N 含量整体呈上升趋势并最终接近化学计量 组成；在最高的 N₂ / Ar 流量下制备出择优取向为(220)的 fcc-AlCrN 相涂层，具 有最高的硬度和弹性模量。 最后，开展涂层抗铝黏着性能的研究，分别进行了室温下水和液态金属接触角的检测，以及模拟 700 ℃高温抗铝黏着测试。抗铝黏着测试结果表明，涂层的相结构是影响涂层高温下抗铝黏着性能的主要影响因素，由于 fcc-AlCrN 结 构在高温下具有良好的稳定性，在抗铝液黏着实验中，此结构的涂层表现出不粘铝的特性，且并未发生相分解，涂层表面完整，化学成分基本保持不变。 本文以高能脉冲磁控溅射技术为手段，以 AlCrN-CrN-Cr 涂层为研究对象， 进行了涂层体系的数值模拟研究，研究不同厚度配比下的涂层应力分布，选取最优的设计方案；通过研究HiPIMS的放电特性以及成膜粒子的发射光谱，建立等离子体特性与涂层形貌、元素配比、相组成以及力学性能的关联。使用 HiPIMS 技术制备出具有均一致密结构的抗铝黏着 AlCrN 涂层，这种良好性能的 涂层为提升一体化压铸模具表面抗铝黏着性能提供了一种解决方案。