磁控溅射TiAlSiN硬质膜及其高温抗氧化性能

黄曼¹，张济¹，王启钧²，赵凯²，张罡¹

1. 沈阳理工大学材料科学与工程学院2. 沈阳市特种设备检测研究院

摘 要：目前,对TiAlSiN薄膜在800℃以上的抗高温氧化性研究较少。通过磁控溅射优化工艺在W18Cr4V高速钢基体上制备不同Si含量的TiAlSiN硬质薄膜,针对硬度最高的典型薄膜试样[Si含量为16.49%（原子分数）],分别在800℃和1 000℃下进行保温1 h的大气热处理。利用SEM、EDS、XRD和纳米压痕仪对薄膜的形貌、成分、相结构和硬度等进行表征。结果表明:随着Si含量从无到有并增加,薄膜硬度呈现上升-下降-上升-陡降-缓降的趋势,当Si含量为16.48%（原子分数）时,薄膜硬度达到最大值26.43 GPa,薄膜由（Ti,Al）N和Si₃N₄构成复合结构;经800℃大气热处理后薄膜表面生成大量的Al₂O₃,同未热处理试样相比,表面较为致密和平整;经1 000℃大气热处理后,膜层中的Ti、Al和Si元素外扩散形成TiO₂和Ti₂O₃等多种氧化产物,导致薄膜表面凹凸不平,甚至剥落,薄膜硬度和抗氧化效果明显下降。

关键词：磁控溅射;TiAlSiN;W18Cr4V高速钢;大气热处理;抗高温氧化性;