Al含量对Cr_(1–x)Al_xN涂层力学、热稳定性、抗氧化性及耐蚀性的影响

作者：王桂云; 陈利^*

来源：表面技术, 2022, 51(02): 39-47+65.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.02.004

• CrAlN涂层
• 结构
• 硬度
• 热稳定性能
• 抗氧化性能
• 耐蚀性能

目的探讨Al含量对Cr_(1–x)Al_(x )N涂层结构和性能的影响。方法在阴极弧蒸发设备中，分别采用Cr、Cr_(0.70)Al_(0.30)、Cr_(0.50)Al_(0.50)、Cr_(0.40)Al_(0.60)和Cr_(0.30)Al_(0.70)靶材制备5种不同Al含量的Cr_(1–x)Al_(x )N涂层。借助能量色散X射线光谱仪（EDX）、X射线衍射仪（XRD）、纳米压痕仪、扫描电子显微镜（SEM）和电化学工作站对Cr_(1–x)Al_(x )N涂层的成分、结构、力学性能、热稳定性、抗氧化性和耐蚀性进行研究。结果5种Cr_(1–x)Al_(x )N涂层均呈单相面心立方结构，其硬度随Al含量的增加而提升，由Cr N的(16.9±0.8)GPa升至Cr_(0.75)Al_(0.25)N的(25.1±0.7) GPa、Cr_(0.56)Al_(0.44)N的(27.0±1.1) GPa、Cr_(0.46)Al_(0.54)N的(28.5±1.5) GPa和Cr_(0.36)Al_(0.64)N的(30.4±0.8) GPa。所有涂层在1000℃退火后，开始出现六方h-Cr_2N的衍射峰，其衍射峰强度随Al含量的上升而降低。Cr_(0.75)Al_(0.25)N、Cr_(0.56)Al_(0.44)N和Cr_(0.46)Al_(0.54)N涂层在1100℃退火后，可检测到六方纤锌矿结构w-Al N相，而高Al含量Cr_(0.36)Al_(0.64)N涂层在1000℃退火后，便可检测到w-Al N相。在1000℃氧化15 h后，Cr N涂层已经完全氧化，Cr_(0.75)Al_(0.25)N、Cr_(0.56)Al_(0.44)N、Cr_(0.46)Al_(0.54)N和Cr_(0.36)Al_(0.64)N涂层的氧化层厚度分别约为0.4、0.3、0.3、0.2μm；在1100℃氧化15 h后，Cr N、Cr_(0.75)Al_(0.25)N和Cr_(0.56)Al_(0.44)N涂层已完全氧化，而Cr_(0.46)Al_(0.54)N和Cr_(0.36)Al_(0.64)N涂层的氧化层厚度分别约为2.5、1.4μm。Cr N、Cr_(0.75)Al_(0.25)N、Cr_(0.56)Al_(0.44)N、Cr_(0.46)Al_(0.54)N和Cr_(0.36)Al_(0.64)N涂层在3.5%的Na Cl溶液中测得的极化电阻分别为567.69、5.34、71.80、160.10、92.56 k?·cm~2。结论涂层的硬度和抗氧化性随Al含量的增加而提升。Al的加入在抑制Cr—N分解的同时，促进了涂层中w-Al N的生成。Cr N涂层具有最优的耐蚀性，而在含Al涂层中，涂层的耐蚀性随Al含量的增加呈现出先上升、后下降的趋势。

• 单位
  中南大学; 粉末冶金国家重点实验室; 株洲钻石切削刀具股份有限公司