Нитрид титана алюминия - Titanium aluminium nitride
Нитрид титана алюминия (TiAlN) или же нитрид алюминия титана (АЛЬТИН; для содержания алюминия более 50%) является группой метастабильный твердые покрытия, состоящие из азот и металлические элементы алюминий и титан. Четыре важных состава (содержание металла 100 мас.%) Наносятся в промышленных масштабах методом физическое осаждение из паровой фазы методы:
- Ti50Al50N (промышленно введен компанией CemeCoat (ныне CemeCon), Аахен, BRD, группа T. Leydecker, ок. 1989 г.)[1]
- Al55Ti45N (промышленно введен компанией Metaplas Ionon (ныне Sulzer Metaplas), Бергиш-Гладбах, BRD, группа J. Vetter, ок. 1999 г.)
- Al60Ti40N (промышленно введен в производство компанией Kobe Steel, Кобе, Япония, ок. 1992 г.)
- Al66Ti34N (промышленно введен компанией Metaplas (ныне Sulzer Metaplas), группа J. Vetter ок. 1996 г.).[2]
Основные причины, по которым покрытия TiAlN превосходят чистые Нитрид титана Покрытиями (TiN) считаются:
- Повышенная стойкость к окислению при повышенных температурах за счет образования защитного слоя оксида алюминия на поверхности
- Повышенная твердость свежеосажденных пленок за счет изменения микроструктуры и упрочнения твердого раствора
- Старение покрытий при температурах, характерных для работы режущего инструмента, за счет спинодального разложения TiAlN на TiN и кубический AlN [3]
Было показано, что явление старения происходит из-за несоответствия квантово-механической электронной структуры TiN и AlN.[4][5]
Покрытия в основном наносятся катодно-дуговое напыление или же магнетрон распыление.Хотя большинство покрытий TiAlN и AlTiN синтезируются в промышленных масштабах с использованием мишеней из сплавов с определенным процентным содержанием алюминия и титана, покрытия TiAlN с мишенями из чистого Al и Ti можно получать с использованием техники катодно-дугового осаждения. Ti-мишени путем катодно-дугового осаждения производятся в промышленном масштабе компанией NanoShield PVD в Таиланде с 1999 г. Использование технологии отдельных мишеней позволяет обеспечить большую гибкость в отношении структуры и состава покрытия.
Избранные свойства Al66Ti34N:
- Твердость по Виккерсу От 2600 до 3300 HV.
- Стабильность фазы ок. 850 ° C, начало разложения до AlN + TiN.
- Интенсивный окисление начинается примерно с 800 ° C (примерно на 300 ° C выше, чем у TiN).
- Более низкая электрическая и теплопроводность, чем у Банка
- Типичная толщина покрытия ок. (От 1 до 7) мкм
Один коммерческий тип покрытия, используемый для повышения износостойкости карбид вольфрама инструменты - это AlTiN-Saturn от Sulzer Metaplas.[6]
Покрытия иногда легируют хотя бы одним из элементов углерод, кремний, бор, кислород и иттрий для улучшения выбранных свойств для конкретных приложений. Эти покрытия также используются для создания многослойных систем. Например, их можно использовать в сочетании с TiSiXN, как те, что используются в семействе покрытий Mpower компании Sulzer Metaplas. Вышеупомянутые типы покрытий применяются для защиты инструментов, включая специальные инструменты для медицинского применения. Также они используются в качестве декоративной отделки.
Одним из производных от технологии покрытия TiAlN является нанокомпозит TiAlSiN (нитрид титана-алюминия-кремния), который был разработан SHM в Чешской Республике и сейчас продается компанией Platit из Швейцарии. Нанокомпозитное покрытие TiAlSiN демонстрирует сверхтвердый твердость и превосходная обрабатываемость при высоких температурах.
Рекомендации
- ^ Leyendecker, T; Леммер, О; Esser, S; Эбберинк, Дж (1991). «Разработка PVD-покрытия TiAlN в качестве коммерческого покрытия для режущих инструментов». Технология поверхностей и покрытий. 48: 175. Дои:10.1016 / 0257-8972 (91) 90142-Дж.
- ^ Веттер, Дж (1995). «Вакуумно-дуговые покрытия для инструментов: возможности и применение». Технология поверхностей и покрытий. 76-77: 719. Дои:10.1016/0257-8972(95)02499-9.
- ^ Mayrhofer, Paul H .; Хёрлинг, Андерс; Карлссон, Леннарт; Sjölén, Jacob; Ларссон, Томми; Миттерер, Кристиан; Халтман, Ларс (2003). «Самоорганизованные наноструктуры в системе Ti – Al – N». Письма по прикладной физике. 83: 2049. Дои:10.1063/1.1608464.
- ^ Alling, B .; Ruban, A .; Карими, А .; Peil, O .; Симак, С .; Hultman, L .; Абрикосов И. (2007). «Термодинамика смешения и разложения c-Ti1 − xAlxN на основе расчетов из первых принципов». Физический обзор B. 75. Дои:10.1103 / PhysRevB.75.045123.
- ^ Музыка, D .; Geyer, R.W .; Шнайдер, Дж. М. (2016). «Последние достижения и новые направления в разработке твердых покрытий на основе теории функционала плотности». Технология поверхностей и покрытий. 286. Дои:10.1016 / j.surfcoat.2015.12.021.
- ^ PVD-покрытие с высокими характеристиками