Al含量对TiAlN涂层结构及性能的影响

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、Ti50Al50、Ti40Al60和Ti33Al67靶材制备出4种Ti1–xAlxN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 4种Ti1–xAlxN涂层均为面心立方结构,硬度由TiN的～26.4 GPa上升到Ti0.38Al0.62N的～32.7 GPa.Ti0.55Al0.45N和Ti0.44Al0.56N涂层在1100℃退火后,可检测到六方铅锌矿结构(w-)AlN相,而Ti0.38Al0.62N涂层在1000℃退火后便可检测到w-AlN相.Ti0.55Al0.45N和Ti0.44Al0.56N涂层的硬度在900℃退火后达到最高值,分别为～32.8 GPa和～33.3 GPa;而Ti0.38Al0.62N涂层的硬度在800℃时达到最高值,为～36.2 GPa.在800℃氧化20 h后,TiN已经被完全氧化,Ti0.55Al0.45N、Ti0.44Al0.56N和Ti0.38Al0.62N的氧化层厚度分别为～3.5、～0.6、～0.6μm.Ti0.55Al0.45N、Ti0.44Al0.56N、Ti0.38Al0.62N在抛物线氧化阶段的氧化激活能分别为530.9、370、375.9 kJ/mol.TiN、Ti0.55Al0.45N、Ti0.44Al0.56N、Ti0.38Al0.62N涂层的极化电阻分别为4.59×104、1.97×103、3.71×103、4.42×104??cm2.结论 x<0.62时,涂层保持单相立方结构,且晶格常数和晶粒尺寸随Al含量的增加而减小.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.Ti0.44Al0.56N涂层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涂层的抗腐蚀性随Al含量的增加而增大.

关键词：TiAlN涂层;硬度;热稳定性;抗氧化性能;耐腐蚀性能

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分类号：TG174.442(金属学与热处理)

资助基金：国家自然科学基金51775560

在线出版日期：2022-03-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：29-38