第十五届全国表面工程大会

TiAlN涂层因具有高硬度和良好的热稳定性被广泛应用于切削刀具保护领域，但其性能已无法满足高速切削和干式切削技术快速发展对刀具材料日益苛刻的性能需求。过渡族金属元素合金化和多层结构设计是改善TiAlN涂层性能的有效途径。研究表明Y掺杂能够有效改善TiAlN涂层的性能，但过量Y添加会促进w-AlN相的生成，导致涂层的力学性能和抗氧化性能降低。为了优化过量Y掺杂TiAlN涂层的性能，本研究基于多层涂层的“模板效应”，使立方和六方两相结构的Ti_0.39Al_0.54Y_0.07N层在单相立方的Ti_0.55Al_0.45N层上外延生长，获得了调制比分别为3:1和8:5的ML_1和ML_2多层涂层，涂层中的平均Y含量分别降低至2 %和3 %。在固溶强化和界面强化的共同作用下，ML_1和ML_2多层涂层的硬度提升至32.8 ± 0.9 GPa和33.4 ± 1.1 GPa。Y掺杂延缓了涂层在退火过程中的AlN相变，Y含量更高的ML_2多层涂层呈现更好的热稳定性能，在1000^oC退火后达到峰值硬度35.1 ± 0.6 GPa。同样，多层涂层中的平均Y含量对涂层的抗氧化性起到了决定性作用，平均成分为Ti_0.50Al_0.48Y_0.02N的ML_1多层涂层展现了最优异的抗氧化性能，其在800^oC下恒温氧化20 h后的氧化层厚度仅为~0.41 μm。
 

TiAlYN；多层结构；力学性能；热稳定性能；抗氧化性能