Al 含量对 TiAlN 涂层的结构及性能的影响

作     者：王北川 陈利 

作者机构：中南大学粉末冶金国家重点实验室 株洲钻石切削刀具股份有限公司 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2022年

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：中国国家自然科学基金资助项目(51775560) 

主　　题：TiAlN涂层 硬度 热稳定性 抗氧化性能 耐腐蚀性能 

摘      要：目的系统研究Al含量对TiAlN涂层结构以及硬度、热稳定性、抗氧化性能和耐腐蚀性能的影响。方法利用阴极弧蒸发技术采用Ti、Ti;Al;、Ti;Al;和Ti;Al;靶材制备出四种Ti;Al;N涂层。分别利用能量色散X射线光谱仪（EDX）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、纳米压痕仪、热重分析仪（TGA）和以及电化学工作站分析了涂层的成分、微观结构、力学性能、热稳定性、抗氧化性和耐蚀性。结果四种Ti;Al;N涂层均为面心立方结构，硬度由TiN的～26.4GPa上升到Ti;Al;N的～32.7GPa。Ti;Al;N和Ti;Al;N涂层在1100℃退火后可检测到六方铅锌矿结构（w-）AlN相，而Ti;Al;N涂层在1000℃退火后便可检测到w-AlN相。Ti;Al;N和Ti;Al;N涂层在900℃退火后达到硬度最高值～32.8GPa和～33.3GPa，而Ti;Al;N涂层在800;达到硬度最高值～36.2GPa。在800℃氧化20h后，TiN已经被完全氧化，Ti;Al;N、Ti;Al;N和Ti;Al;N的氧化层厚度分别为～3.5μm、～0.6μm和～0.6μm。Ti;Al;N、Ti;Al;N和Ti;Al;N在抛物线氧化阶段的氧化激活能分别为530.9kJ/mol、370kJ/mol和375.9kJ/mol。TiN、Ti;Al;N、Ti;Al;N和Ti;Al;N涂层的极化电阻分别为4.59×10;Ωcm;、1.97×10;Ωcm;、3.71×10;Ωcm;和4.42×10;Ωcm;。结论在x0.62内，涂层保持单相立方结构，且晶格常数和晶粒尺寸随Al含量上升而下降。Al含量的提高优化了TiAlN涂层的力学性能，促进了涂层的热分解。Ti;Al;N具有最优的抗氧化性能。另外，Al的加入降低了TiN涂层的抗腐蚀性能，但是含Al涂层抗腐蚀性随Al 含量增加而上升。