TiAlNの性質と組成

- May 15, 2018-



TiAlNのコーティング組成物および微細構造


Al原子とTi原子は同じ大きさの原子半径を持っているので、二元被覆TiNではAl原子をTi原子で置き換えて、面心立方構造の新しいタイプの三元複合皮膜(Ti、Al)Nを形成することができる。 AlはTiNの格子を歪ませ、それに応じて結晶粒界の数が増加し、結晶間の相対的な滑りがより困難になるので、コーティングの硬度がさらに高まる。


Zhu Xinfa et al。 陰極アーク技術(表1に示す)によって調製されたTiAlNコーティングの元素組成を使用する。 表1の被覆元素の組成は、Ti元素とAl元素との比が1:1に近く、被覆中のAlがTiを置換してTiNの化合物を形成していることを確認しているAlNに似ています。


タブ1 TiAlNコーティング組成物


初級編

Ti

アル

N

コンテンツ/(%)

23.15

27.41

49.44


Al元素の添加は、固溶強化の役割を果たすだけでなく、格子定数も小さくなり、TiAlN被膜の表面が緻密で滑らかになる。 図1は、陰極アーク技術によってWC-CO超硬合金基材上に調製されたTiAlNコーティングの表面トポグラフィおよび断面画像である。


図1 TiAlNコーティングの表面トポグラフィおよび断面画像


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TiAlN皮膜の特性


TiAlN三元複合コーティングは、合金化のためのTiNコーティングへのAl元素の添加に基づいており、それによってコーティングの硬度、耐摩耗性および高温安定性を改善し、コーティングの他の特性を改善する方法を提供する。 陰極アーク技術によって調製されたTiNコーティングの硬度は約23GPaである。 しかしながら、TiAlN皮膜中のAl元素組成の増加に伴い、皮膜の硬度が最初に上昇し、次いで低下する。 これは、コーティング中のTiおよびAl元素の割合の差に起因する。 TiターゲットおよびAlターゲットによって調製されたコーティング中のTiおよびAlの含有量の差は、コーティングの硬さを異なるものにする(表2に示す)。


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伝統的なTiNコーティングは、低い耐高温酸化性を有し、耐摩耗性を有する。 しかし、陰極アーク技術により作製されたTiAlNコーティングは、900℃の高温酸化温度を達成することができ、TiNコーティングの550℃と比較して大幅に改善される。 コーティング中のAl元素は、高温条件下で空気中のO元素と反応し、緻密なAl 2 O 3相を形成するため、内部酸化を妨げる。


上記の特性に加えて、TiAlNコーティングは良好な耐食性を有する。 腐食試験のために、TiAlN被覆基材を酸溶液および塩溶液に浸漬した。 走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、被覆基材の表面状態は良好であり、明らかな腐食剥離は見られなかった。