565 / 2023-03-31 21:44:44

AlN/Cr1-xAlxN多层涂层的微结构及性能研究

AlN/CrAlN; 多层涂层; 共格界面; 力学性能; 热稳定性；高温氧化；耐腐蚀性

本工作制备了Al含量不同但调制周期均为~8.0 nm的AlN/Cr_1-xAl_xN（x=0、0.44）纳米多层涂层及其模板层Cr_1-xAl_xN，并研究了它们的微结构、力学性能、热稳定性、抗氧化性和耐腐蚀性。Cr_1-xAl_xN涂层均呈单相面心立方结构；AlN/CrN（ML_1）和AlN/Cr_0.56Al_0.44N（ML_2）因多层涂层的“模板效应”而呈共格外延生长的单相立方结构，硬度分别为24.0 ± 0.9 GPa和29.7 ± 1.0 GPa。在退火过程中，AlN/Cr_1-xAl_xN多层涂层中，共格的AlN插入层阻抑了CrN相中的Cr-N键分解，让ML_2涂层的h-Cr₂N的产生温度升高至1100 °C，w-AlN的析出较单层也更缓慢；1100 °C及以下的温度里，多层涂层的退火硬度都要高于各自对应模板单层涂层。特别地，ML_1涂层在1000 °C退火后可检测到亚稳c-AlN相的存在。在高温氧化试验中，多层涂层较单层涂层有更优秀的抗氧化能力，1100 ℃下单层涂层被完全氧化，而被部分氧化的ML_1和ML_2涂层分别生成~0.5 μm和~2.1 μm厚的氧化层。在电化学试验中，多层涂层较相应单层涂层的自腐蚀电流密度I_corr均有所下降，自腐蚀电位E_corr均有所上升。因此，AlN/Cr_1-xAl_xN纳米多层涂层展示了更优异的力学性能、热稳定性、高温抗氧化性和耐腐蚀性。