C掺杂TiAlN涂层的硬度演变机理

摘要：

C元素掺杂TiAlN涂层的增硬机理尚不明确,为了揭示C元素对涂层硬度的作用规律,采用阴极电弧离子镀膜技术在316不锈钢表面制备C原子比率分别为0％、3.87％、9.24％、14.76％、20.57％、25.90％的TiAlCN涂层,通过试验研究和密度泛函理论系统地从原子量级角度阐述C掺杂对涂层硬度的作用规律及机理.研究结果表明:C原子会置换TiAlN晶胞中的部分N原子形成TiAlCN固溶体相;随着C含量的增加,涂层硬度呈现先上升后下降的趋势,在C含量为14.76％时,涂层中Ti-N键转化成为Ti-C键的数量达到饱和,硬度达到最高值31.60 GPa;当C原子含量高于14.76％时,涂层中出现类石墨结构,且随着C含量的增加,sp2层状结构增多,在抵抗外界压力时石墨层发生侧滑,涂层硬度降低;第一性原理数值模拟结果显示,随着C含量从0％增加到15.625％,涂层硬度逐渐上升是由于共价性较强的Ti-C键逐渐增加.阐明C元素掺杂对涂层硬度的作用变化规律,有利于指导超硬涂层的工艺设计和生产.

关键词：TiAlCN涂层、C含量、硬度、第一性原理

所属期刊栏目：35

分类号：TG147(金属学与热处理)

资助基金：上海市自然科学基金资助项目20ZR1455700

在线出版日期：2023-02-21（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：140-149