过渡金属掺杂TaN硬质涂层的力学性能和电子结构的第一性原理研究

作者：代唯可; 汪炯^*

来源：粉末冶金材料科学与工程, 2023, 28(03): 203-211.

DOI：10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023018

• TaN硬质涂层
• 掺杂
• 第一性原理计算
• 力学性能
• 电子结构

通过第一性原理计算，研究过渡金属(transition metal,TM)元素掺杂氮化钽(Ta7TMN8,TM=Ti、V、Cr、Y、Zr和Hf)的结构稳定性、力学性能和电子结构。根据对结构和稳定性的计算结果可知，所有的掺杂化合物均能量稳定，Ta7Ti N8在能量上比其他掺杂化合物更有利；Y、Zr和Hf的掺入使得Ta N晶格和体积膨胀，而Ti、V和Cr则相反。通过对力学性能的计算可知，Ti和V的掺入对Ta N的剪切模量、弹性模量和理论硬度有较明显的提升，掺Cr对Ta N的体积模量有一定的提升，但是会大幅降低理论硬度。基于Ta7TMN8总态密度和分态密度计算结果，费米能级附近存在态密度，表明所有化合物都具有金属性质，由于Ti-3d、V-3d和Cr-3d轨道在费米能级上的贡献比其他TM原子大得多，使得Ta7Ti N8、Ta7VN8和Ta7Cr N8具有更高的金属性。

• 单位
  中南大学; 粉末冶金国家重点实验室