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Y掺杂对TiAlN涂层结构、耐蚀性及力学和热性能的影响

TiAlYN涂层；硬度；热稳定性；抗氧化性；耐腐蚀性

TiAlN涂层因其优异的力学性能和热稳定性被广泛应用于切削刀具防护领域，但相对较低的抗氧化性能限制了其在高温切削环境中的应用。多元掺杂是提升TiAlN涂层性能、拓宽其服役范围的有效途径。本工作研究了不同含量Y掺杂对TiAlN涂层结构、力学性能、热性能和耐腐蚀性能的影响。涂层的结合和性能与Y含量密切相关，Ti_0.46Al_0.54N、Ti_0.44Al_0.55Y_0.01N、Ti_0.43Al_0.55Y_0.02N和Ti_0.41Al_0.55Y_0.04涂层为单相立方结构，涂层的硬度由Ti_0.46Al_0.54N的30.0 ± 0.5 GPa逐步提升至Ti_0.41Al_0.55Y_0.04的36.4 ± 0.8 GPa；Y添加降低了Al在TiN中的固溶度，促进了六方相AlN的生成，Ti_0.40Al_0.55Y_0.05N和Ti_0.40Al_0.54Y_0.06N涂层转变为立方、六方两相结构，涂层硬度分别下降为30.5 ± 0.8 GPa和25.5 ± 0.5 GPa。适量Y添加抑制了Ti_1-x-zAl_xY_zN涂层中的热分解过程，改善了涂层的热稳定性。另外，Y（z≤0.04）的活性元素效应阻碍了涂层氧化过程中的离子扩散，提高了涂层的抗氧化性，但过高的Y含量反而使其抗氧化性降低。Ti_0.43Al_0.55Y_0.02N涂层表现出最优异的抗氧化性，在850 ℃氧化10 h后涂层氧化层厚度仅为~0.25 μm。此外，Ti_1-x-zAl_xY_zN涂层的耐腐蚀性随Y含量的增加而提高。