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《物理气相沉积tialn涂层的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、物理气相沉积TiAlN涂层的研究进展摘要：本文概述了物理气相沉积TiAlN涂层的研究现状及发展趋势，详细分析了制备方法、Al元素含量、N2流量、基体偏压、温度以及其他元素对TiAlN涂层的结构、硬度、高温抗氧化性和耐腐蚀性等性能的影响。目前制备的TiAlN涂层存在残余应力较大，表面液滴数量较多和涂层致密度差等问题。为进一步促进TiAlN涂层的应用，今后还需探索该涂层的制备方法，优化其制备工艺。多元纳米复合涂层和超点阵多层涂层是两个具有潜力的发展方向。关键词：TiAlN涂层制备方法晶体结构硬度高温抗氧化性综述Recentprogressesinphysicalvapo
2、rdepositedTiAlNcoatingAbstract:TheresearchanddevelopmentofphysicalvapordepositedTiAlNcoatingsaresummarizedinthepaper.Thepreparationmethods,aluminumcontent,nitrogenflowrate,substratebias,temperatureandalloyingelementshadsignificanteffectsonthepropertiesofTiAlNcoatings,includingcrystalst
3、ructure,hardness,hightemperatureoxidationresistanceandcorrosionresistance.Althoughthecoatingwasusedinmanyapplications,thereweremanydrawbackswhichlimititsperformance,suchashighresidualstress,formationoflargedropletsandpoordensity.Forfurtherapplication,newpreparationmethodshouldbeexplore
4、d.Meanwhile,theoptimizationoftheprocessingtechnologyshouldbemade.Itispotentialtodevelopmultiplenano-compositecoatingandsuperlatticemulti-layercoatinginthefuture.Keywords:TiAlNcoatings,preparationmethods,crystalstructure,hardness,hightemperatureoxidationresistance,review0前言目前利用物理气相沉积技术(
5、PhysicalVaporDeposition,PVD)制备薄膜或涂层对金属进行表面改性已经取得很好的使用效果。氮化钛(TiN)涂层具有较高的硬度和良好的耐磨性，能够提高刀具、钻头等工具的寿命[1]，但抗高温氧化性能较差，在550℃时已经开始氧化[2]。随着现代工业的发展，TiN涂层已经不能满足切削刀具行业的要求，迫切需要新涂层材料的出现。PVD方法制备的氮化钛铝（TiAlN）涂层是在二元TiN涂层的基础上发展起来的一种新型三元复合涂层。在TiAlN涂层中，Al原子取代了TiN面心立方结构中位于面心的部分Ti原子，使晶格发生畸变、晶界增多，同时位错数量增多且不易于滑
6、移，因此其硬度显著高于TiN涂层[3,4]。高温条件下，TiAlN涂层表面能形成致密、完整、连续的Al2O3保护膜，提高了涂层的抗高温氧化性[5,6]。此外，TiAlN涂层还具有膜基结合强度高、耐腐蚀性和耐磨性好等特点[7-9]，目前已成功应用于模具制造、航空发动机和生物医学等方面[8-11]。因此TiAlN被认为是较TiN更有前途的新型涂层材料，近年来受到广泛地关注。本文分析了制备方法、Al元素含量、N2流量、基体偏压、温度以及其他元素对TiAlN涂层的结构、硬度、高温抗氧化性和耐腐蚀性等性能的影响，讨论了存在的问题并提出了今后的研究方向。1涂层的制备方法PVD是
7、利用物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等物理过程，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。目前用PVD过程制备TiAlN涂层主要方法有溅射法、电弧离子镀膜法和磁控溅射离子镀膜法[5,12-18]。溅射法是利用带有电荷的离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向由被溅射物质制成的靶电极，在离子能量合适的条件下，入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中将其溅射出来，被溅射出的原子带有一定的动能，并沿着一定的方向射向衬底，从而实现涂层的沉积。由于沉积原子具有较高的能量，因此由溅射法制备的涂层较致密、附着力较高。此外，对合金涂层成分的可控制性较好。因此，
