氮气流量及后续热处理对多弧离子镀制备Ti2AlN涂层的影响规律.pdf

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1、第32卷第1期中国腐蚀与防护学报Vb1．32No．12012年2月JournalofChineseSocietyforCorrosionandProtectionFeb．2012氮气流量及后续热处理对多弧离子镀制备Ti2A1N涂层的影响规律杨英董瑜亮高立军宫骏姜辛z别、超(1．中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳i10016~2．德国锡根大学材料研究所锡根57076)摘要：利用电弧离子镀技术在1Cr18Ni9Ti基材上低温沉积Ti—Al—N涂层，研究氮气流量及热处理工艺对涂层微观组织结构的影响。结果表明

2、，沉积态涂层中不含三元层状陶瓷Ti2A1NMAx相，可能含有Ti3A1N(反钙钛矿结构)、TiN、OL．Ti、fcc—Al及TiAl金属间化合物等。涂层经退火后在一定条件下可以形成Ti2A1N。涂层中的N元素含量及退火温度对Ti2A1N的形成起到重要作用。N元素含量过多不利于Ti2A1N的形成；提高退火温度可以促进Ti2A1N的形成。透射电镜(TEM)分析结果表明，退火过程中Ti2A1N的形成伴随着涂层微观组织结构的转变，从明显的层状结构转变为细小的等轴晶结构。关键词：电弧离子镀Ti—A1一N涂层Ti2A1NMAX相微

3、观结构中图分类号：TG178文献标识码：A文章编号：1005—4537(2012)01—0001—061前言热导率、优良的抗热冲击性能和可切削性等方面[2{3]；陶瓷性主要表现在高的体模量、优良的抗高Ti—Al—N涂层在工业中有着广泛的应用。其中工温氧化性能和抗腐蚀性能等方面_4Ja艺最成熟、应用最广泛的是TiN。然而，随着人们对近年来，人们对Ti2A1N各项性能进行了深入研硬质耐磨涂层使用要求的不断提高，TiN涂层日渐究。Joelsson等[]研究了单晶Ti2A1N(0001)涂层不能适应。TiN涂层耐氧化性较差，使

4、用温度达到的力学性能，发现单晶Ti2A1N(0001)涂层的硬度为500℃时，膜层出现明显氧化而被烧蚀，而且它的硬16GPa，弹性模量为270GPa。Jovic等[6_研究了度也达不到使用要求。TiA1N涂层的开发，使硬质耐Ti2A1N块体材料在1mol／LNaOH、1mol／LHC1磨涂层的使役性能又上了一个新台阶。由于A1原子和1mol／LH2SO4溶液中的腐蚀行为。研究结果表的引入，在高温下，Al原子与0原子反应，在涂层明，Ti2A1N在1mol／LNaOH和1mol／LH2S04溶表面形成一层致密的Al203保

5、护层，减缓氧化速率，液中发生钝化，在1mol／LHC1溶液中呈现出过钝化使其抗氧化温度可达800℃同时，它还具有硬度行为。Wang等[]研究了Ti2A1N涂层的高温氧化性高、化学稳定性好等优点[1]a近年来，随着人们对能，发现Ti2A1N涂层在600~900℃展现出优异的抗Ti．A1．N涂层体系研究的不断深入，研究人员发现该高温氧化性能以及良好的热稳定性。综上，Ti2A1N具体系中的一种三元相一Ti2A1N具有良好的抗高温氧有更好的抗酸碱腐蚀性能和抗高温氧化性能，同时具化性能和抗腐蚀性能。有一定的硬度。王敬平等IS】研

6、究了Ti2A1N块体材料Ti2A1N相属于一类三元层状陶瓷M+lAX的涂盐(Na2SO4)热腐蚀行为，结果表明，Ti2A1N在(简称MAX)相，其中M为早期过渡族金属，A主1000℃和900℃下腐蚀40h后的增重分别为要为IIIA或IVA族原子，x为C或N原子，n等于5．25x10一kg／m和1．38xi0一kg／m。这说明13。MAX相材料因具有独特的晶体结构而使其兼Ti2A1N的抗热腐蚀性能还有待进一步提高具金属性和陶瓷性。金属性主要表现在高的导电性、在一系列MAX相涂层材料中，对Ti2A1N研究较少，主要原因是T

7、i2A1N涂层难于制备。根据定稿日期2011—02—20已有文献报道[9~11]，大部分Ti2A1N涂层的研究工作者简介杨英，女，1983年生，博士生，研究方向为硬质涂层的作集中于单晶涂层的制备，以及其形核和生长的物微观结构与力学性能通讯作者孙超；E—mail：csun@imr．ac．ca理机制；其制备方法一般都采用磁控溅射技术外延2中国腐蚀与防护学报32卷生长Ti2AIN涂层。然而，上述方法存在一些不足，CAMECASX100型电子探针(EPMA)对涂层成如沉积温度相对较高(675℃~1050℃)；对基材种分进行测量

8、，每个样品测量10个点，然后取平均值。类要求苛刻(一般为单晶)；涂层的厚度比较薄，一采用电弧离子镀设备制备的涂层由于存在大颗粒，从般小于1m，上述种种原因限制了其在高温防护涂而使得涂层微区成分不均匀，给成分测量造成一定困层方面的应用。为了解决这个问题，Garkas等[12]、难。为了更加精确地测量涂层的平均成分，实验过程H6glu