Ta和W添加对Ti-Al-N涂层热稳定性和抗氧化性能的影响
作者单位：广东工业大学机电工程学院
会议名称：《第五届粤港澳真空科技创新发展论坛暨广东省真空学会202...》
会议日期：2021年
学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
关 键 词：TiAlN TiAlTaN TiAlWN 热稳定性 抗氧化性
摘 要：Ti-Al-N涂层具有较高的硬度和良好的热性能,被广泛用作切削刀具的耐磨防护层。随着现代切削技术的快速发展,被加工材料体系和切削加工工艺不断丰富,针对性的设计优化Ti-Al-N涂层性能来适应特殊切削加工备受关注。通过多元合金化的方法来进一步改善Ti-Al-N涂层的力学和高温性能一直是研究热点。本文采用阴极弧蒸发技术制备了具有单相立方结构的TiAlN,TiAlTaN和TiAlWN涂层,研究Ta和W元素的添加对Ti-Al-N热稳定性和抗氧化性能的影响。研究表明:Ta和W的添加推迟了Ti-Al-N涂层调幅分解过程中六方AlN相的形成,初始析出温度提高至1000℃,改善了涂层高温结构稳定性。Ti-Al-N涂层在850℃下已完全氧化,而Ti-Al-Ta-N和Ti-Al-W-N仅呈现出～300 nm的氧化层。进一步提高热处理温度至900和950℃,Ti-Al-Ta-N和Ti-Al-W-N表面均形成了表层富Al,次层富Ti的双层结构氧化层,Ta和W的添加促进了表层致密富Al氧化层的形成,同时阻碍了锐钛矿型TiO向金红石型TiO2的转变,使Ti-Al-N涂层的高温抗氧化性得到显著改善。其中Ta以固溶的形式存在于次层金红石型TiO中,降低了氧化层中的氧空位浓度,减缓了氧的向内传质过程;W主要存在于次层富Ti氧化层,并在涂层与氧化层界面处形成了W的富集区,影响了氧化扩散过程。