第十五届全国表面工程青年学术会议

TiAlN涂层因其优异的力学性能和热稳定性被广泛应用于切削刀具防护领域。多元共掺杂与纳米多层构筑是调控TiAlN基涂层强韧性、提升其高温服役性能的两种主流策略。为对比两种改性策略对TiAlN涂层结构与性能的影响规律，本研究采用阴极弧离子镀技术，制备了化学组成匹配的Ta/Si共掺杂TiAlTaSiN多元与TiAlTaN/TiAlSiN纳米多层（简称ML）涂层，对比研究了涂层的微观结构、力学性能、热稳定性与抗氧化性能。其中，Ti_0.33Al_0.51Ta_0.16N、Ti_0.38Al_0.48Ta_0.07Si_0.07N和ML涂层均为单相面心立方结构，涂层的硬度分别为33.2 ± 0.7 GPa、35.0 ± 0.6 GPa和36.4 ± 0.9 GPa；而Ti_0.45Al_0.46Si_0.09N为立方和六方的两相结构，硬度仅为28.5 ± 0.6 GPa。微柱压缩法测得Ti_0.38Al_0.48Ta_0.07Si_0.07N与ML的断裂韧性（K_Ic）分别为2.96 MPa·m^1/2和3.18 MPa·m^1/2，均高于单层涂层。多层界面的构筑促进涂层的调幅分解，其退火硬度在1000℃达峰值40.6 ± 0.9 GPa，高于Ta/Si共掺杂涂层在1000℃时的38.3 ± 0.6 GPa峰值；多层涂层抗氧化性提升效果同样更优，在1050°C氧化10 h后，Ti_0.33Al_0.51Ta_0.16N、Ti_0.45Al_0.46Si_0.09N、Ti_0.38Al_0.48Ta_0.07Si_0.07N和ML涂层氧化层的厚度分别为~1.4 μm、~1.5 μm、~1.0 μm和~0.8 μm。

Ti-Al-Ta-Si-N；纳米多层；力学性能；热稳定性；高温氧化