Die Eigenschaften und Zusammensetzung von TiAlN

1. Die Beschichtungszusammensetzung und Mikrostruktur von TiAlN

Da Al-Atome und Ti-Atome einen ähnlich großen Atomradius aufweisen, können Al-Atome durch Ti-Atome in der binären TiN-Beschichtung ersetzt werden, um einen neuen Typ einer ternären Kompositbeschichtung (Ti, Al) N mit flächenzentrierter kubischer Struktur zu bilden. Al macht das TiN-Gitter verzerrt, die Anzahl der Korngrenzen erhöht sich entsprechend und der relative Schlupf zwischen den Kristallen wird schwieriger, so dass die Härte der Beschichtung weiter erhöht wird.

Zhu Xinfaet al. verwende die Elementzusammensetzung der TiAlN-Beschichtung, die durch Kathoden-Lichtbogen-Technologie hergestellt wurde (wie in Tabelle 1 gezeigt). Die Zusammensetzung der beschichteten Elemente in Tabelle 1 zeigt, dass das Verhältnis des Ti-Elements zu dem Al-Element nahe bei 1: 1 liegt, und bestätigt ferner, dass das Al in der Beschichtung in Form des Ersatzes von Ti vorliegt und eine Verbindung von TiN bildet ähnlich wie AlN.

Tab 1 TiAlN-Beschichtungszusammensetzung

Die Zugabe von Al-Elementen spielt nicht nur die Rolle der Festlösungsverfestigung, sondern auch die Gitterkonstante wird kleiner, was die Oberfläche der vorbereiteten TiAlN-Beschichtung dicht und glatt macht. Fig. 1 ist die Oberflächentopographie und das Querschnittsbild der TiAlN-Beschichtung, die auf dem WC-CO-Hartmetallsubstrat durch Kathoden-Lichtbogen-Technologie hergestellt wurde.

Abb. 1 Die Oberflächentopographie und das Querschnittsbild der TiAlN-Schicht

2. Eigenschaften der TiAlN-Beschichtung

Die ternäre TiAlN-Verbundbeschichtung basiert auf der Zugabe eines Al-Elements zu der TiN-Beschichtung zum Legieren, wodurch die Härte, die Verschleißbeständigkeit und die Hochtemperaturstabilität der Beschichtung verbessert werden, und Verfahren zum Verbessern der anderen Eigenschaften der Beschichtung. Die Härte der TiN-Beschichtung, die durch Kathoden-Lichtbogen-Technologie hergestellt wird, beträgt etwa 23 GPa. Mit dem Anstieg der Al-Elementzusammensetzung in der TiAlN-Beschichtung erhöht sich jedoch die Härte der Beschichtung zuerst und nimmt dann ab. Dies ist auf den Unterschied im Verhältnis von Ti- und Al-Elementen in der Beschichtung zurückzuführen. Der Unterschied im Gehalt von Ti und Al in der Beschichtung, die durch das Ti-Target und das Al-Target hergestellt wird, bewirkt, dass die Härte der Beschichtung unterschiedlich ist (wie in Tabelle 2 gezeigt).

Die herkömmliche TiN-Beschichtung hat eine schlechte Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit. Die TiAlN-Beschichtung, die durch Kathoden-Lichtbogentechnologie hergestellt wird, kann jedoch eine Hochtemperaturoxidationstemperatur von 900 ° C erreichen, die im Vergleich zu 550 ° C der TiN-Beschichtung stark verbessert ist. Da das Al-Element in der Beschichtung mit dem O-Element in der Luft unter Hochtemperaturbedingungen reagiert und eine dichte Al ₂ O ₃ -Phase bildet, die die innere Oxidation behindert.

Zusätzlich zu den obigen Eigenschaften hat die TiAlN-Beschichtung eine gute Korrosionsbeständigkeit. Das TiAlN-Beschichtungssubstrat wurde in die Säurelösung und die Salzlösung für den Korrosionstest eingetaucht. Beobachtung unter dem Rasterelektronenmikroskop (SEM) zeigte, dass der Oberflächenzustand des Beschichtungssubstrats gut war und es kein offensichtliches Abblättern der Korrosion gab.