113 / 2023-11-17 13:26:58

TiAlSiN/TiAlN多层涂层的界面结构、力学性能及热性能研究

TiAlSilN/TiAlN; 多层涂层; 共格界面; 力学性能; 热分解

TiAlSiN/TiAlN涂层因其优异的力学和热性能，在切削刀具领域中具有巨大应用潜力。为进一步改善其性能，本工作研究了不同Al和Si含量对TiAlSiN/TiAlN多层涂层界面结构、力学性能和热性能的影响。通过调整TiAlSiN子层中的Al和Si含量，Ti<sub>0.53</sub>Al<sub>0.38</sub>Si<sub>0.09</sub>N/Ti<sub>0.52</sub>Al<sub>0.48</sub>N (ML_1)和Ti<sub>0.48</sub>Al<sub>0.38</sub>Si<sub>0.14</sub>N/Ti<sub>0.52</sub>Al<sub>0.48</sub>N (ML_2)涂层呈现出单相立方结构，而Ti<sub>0.43</sub>Al<sub>0.48</sub>Si<sub>0.09</sub>N/Ti<sub>0.52</sub>Al<sub>0.48</sub>N (ML_3) 涂层表现为立方和六方的混合结构。第一性原理计算与实验结果相结合证明了TiAlSiN子层中Al和Si含量的增加不利于共格界面的形成。界面结构的转变导致涂层硬度从ML_1的∼35.6 GPa和ML_2 的∼35.4 GPa降低至ML_3的∼30.9 GPa。此外，Al和Si含量的增加降低了涂层的热稳定性。三种涂层在退火过程中均呈现时效硬化效应，热稳定性最高的ML_1在1000 ℃退火时达到∼38.2 GPa的硬度峰值，而ML_2和ML_3涂层在900 ℃时分别达到∼37.8 GPa和∼34.2 GPa的硬度峰值。