CrN/AlN超晶格涂層的熱穩(wěn)定性分析

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CrN/AlN超晶格涂層的熱穩(wěn)定性分析

CrN（氮化鉻）/AlN（氮化鋁）超晶格作為汽車部件的保護(hù)涂層受到廣泛關(guān)注。當(dāng)該種涂層厚度在3nm以下時(shí)，如果CrN涂層厚度高于AlN，則AlN涂層出現(xiàn)亞穩(wěn)立方結(jié)構(gòu)結(jié)晶。當(dāng)CrN/AlN涂層厚度比為2/1、3.5/2、3/3nm時(shí)，沉積層硬度最高可達(dá)31GPa。然而，這些組合的熱穩(wěn)定性較低。而當(dāng)CrN/AlN厚度比低于1（CrN比AlN涂層薄），即使在1100℃高溫條件下進(jìn)行退火，沉積層硬度也能夠達(dá)到24GPa。采用各種退火后，利用透射電子顯微鏡和X射線衍射儀掃描并顯示涂層結(jié)構(gòu)。差示掃描量熱法和結(jié)構(gòu)研究表明，涂層的性能主要由含量較高的AlN決定的。相反，CrN/AlN涂層的厚度比大于1時(shí)，熱穩(wěn)定性主要由CrN電離決定的，CrN電離出Cr和N2，形成Cr2N。研究結(jié)果表明，如果CrN/AlN超晶格的沉積層硬度較高，則涂層熱穩(wěn)定性較低。

研究了厚度為1、2、3nm的AlN層與不同厚度的CrN層進(jìn)行組合的CrN/AlN超晶格涂層的熱穩(wěn)定性和熱力學(xué)性能。研究表明，CrN/AlN厚度比大于1時(shí)，柱狀晶粒的伸長(zhǎng)方向通過(guò)CrN層和AlN層，涂層中AlN層的亞穩(wěn)立方結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的；當(dāng)CrN/AlN層厚度比低于1（如1.5/2、1/3），涂層中立方結(jié)構(gòu)和纖鋅礦結(jié)構(gòu)同時(shí)存在，AlN層的亞穩(wěn)立方結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，因此其纖鋅礦結(jié)構(gòu)結(jié)晶也不穩(wěn)定，導(dǎo)致柱狀晶生長(zhǎng)停止，出現(xiàn)短柱晶和等軸晶形態(tài)。特別是，這些超晶格具有較高的熱穩(wěn)定性，沒(méi)有明顯的柱晶界限，可快速擴(kuò)散。

CrN/AlN涂層的厚度比大于1的超晶格（2/1和3.5/2）具有較高的沉積層抗拉強(qiáng)度值（31GPa），退火后迅速軟化，退火溫度為1100℃時(shí)其抗拉強(qiáng)度降低到10.8GPa。

刊名：Surface&Coatings Technology（英）

刊期：2014年第240期

作者：M.Schl?gl et al

編譯：王亮