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热作模具H13钢具有高的淬透性和韧性、优良的抗热裂能力、中等耐磨性能，为满足压铸镁铝制品模具的需要，在其表面制备CrAlN硬质膜层。其CrAlN薄膜有很多CrN薄膜的优点，同时由于Al元素的加入使膜层具有高硬度、高的抗高温氧化性能等特点。
直流非平衡磁控溅射沉积速率高，工作气压低，工艺稳定，同时磁控使离子密度更高，镀膜质量更好，便于大规模生产。
本论文采用北京丹普表面技术有限公司的AX600DMTX05-X型直流磁控溅射真空镀膜机，通过正交实验方法优化工艺参数在H13钢基体上制备CrAlN薄膜。对获得的薄膜组织结构、膜层形貌、显微硬度及膜基结合力利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、mitutoyoHM-112号的维氏硬度计、WS-92型划痕仪进行表征。同时利用MT-2型低温摩擦磨损试验机和HT7O7型高温摩擦磨损试验机对H13钢表面制备CrAlN薄膜进行了摩擦磨损性能的测试，对其耐磨性能和磨损机理进行深入探讨和研究。
本文首先研究了在H13钢基体上制备CrAlN薄膜的过程中主要工艺参数(靶溅射功率、基底偏压)对薄膜结构、性能的影响，特别是对其薄膜摩擦磨损性能的影响；以及工艺参数所引起的膜层中Al含量的变化及Al元素对性能的影响。随后比较研究了CrN与CrAlN的结构及室温摩擦磨损性能，从而对CrAlN薄膜的性能获得了深入了解。最后比较研究了H13钢、氮化H13钢+CrAlN和H13钢+CrAlN在室温和高温时的摩擦磨损性能，从而获得了H13钢处理前后的摩擦磨损性能。研究结果表明:
(1)当Cr、Al靶材溅射功率比为2:3时，CrAlN的硬度和耐磨性能随基底偏压绝对值的增大有增大的趋势，而膜层与基体间的临界载荷力却表现出相反的趋势；当cr、Al靶材溅射功率比为1:1时，CrAlN的硬度和耐磨性能随基底偏压绝对值的增大有先增大后减小的趋势，而膜层与基体间的临界载荷力也随基底偏压绝对值增大有先增大后减小的趋势。
(2)CrAlN中Al含量受靶材功率和基底偏压的影响有所不同，Cr、Al靶材功率相同时，Cr靶比Al靶更易获得高的溅射率；在Cr、Al靶溅射功率一定时，薄膜中的Al含量会随基底偏压绝对值的增大出现减少的趋势。
(3)CrAlN因为Al元素的引入使其硬度和耐磨性能优越于CrN膜层，同时Al元素的引入使其膜层内应力和脆性增大，因此摩擦测试后膜层表面有前者表现出膜层剥落后者呈现较明显的犁沟。
(4)H13钢室温摩擦时所产生的犁沟不如600℃的显著，H13钢在高温摩擦磨损时获得较低的摩擦系数，与膜层的高温氧化有关。氮化H13+CrAlN与H13+CrAlN钢由于离子氮化虽然提高了基体硬度但使其膜基结合力降低，从而室、高温摩擦时前者产生的膜层剥落多于后者。高温时H13+CrAlN的表面耐磨性是H13钢的7倍。
通过本课题对H13钢表面制备CrAlN薄膜的性能研究，为进一步提高H13钢压铸模具的使用寿命及其工业应用提供了可靠的理论和实验依据。