Нитрид титана-алюминия ( TiAlN ) или нитрид алюминия-титана ( AlTiN ; для содержания алюминия более 50%) представляет собой группу метастабильных твердых покрытий, состоящих из азота и металлических элементов алюминия и титана . Это соединение, а также подобные соединения (такие как TiN и TiCN ) чаще всего используются для покрытия станков, таких как концевые фрезы и сверла , для изменения их свойств, таких как повышенная термическая стабильность и/или износостойкость. Четыре важных состава (содержание металла 100 мас.%) наносятся в промышленных масштабах методами физического осаждения из паровой фазы :
Ti50Al50N (промышленно представлен компанией CemeCoat (ныне CemeCon) Ахен, BRD, группа Т. Лейдекера, около 1989 г.) [1]
Al55Ti45N (промышленно представлен компанией Metaplas Ionon (ныне Oerlikon), Бергиш-Гладбах, BRD, группа J. Vetter, около 1999 г.)
Al60Ti40N (промышленно представлен компанией Kobe Steel, Кобе, Япония, около 1992 г.)
Al66Ti34N (промышленно представлен компанией Metaplas (ныне Oerlikon) группой Дж. Веттера около 1996 г.). [2]
Основными причинами, по которым покрытия TiAlN превосходят покрытия из чистого нитрида титана (TiN), являются:
Повышенная стойкость к окислению при повышенных температурах за счет образования защитного слоя оксида алюминия на поверхности.
Увеличение твердости свеженапыленных пленок за счет изменения микроструктуры и упрочнения твердого раствора.
Старение покрытий при температурах, характерных для эксплуатации режущего инструмента, за счет спинодального распада TiAlN на TiN и кубический AlN [3]
Было показано, что явления старения возникают из-за несоответствия квантово-механической электронной структуры TiN и AlN. [4] [5]
Покрытия в основном наносятся катодно-дуговым или магнетронным распылением . Несмотря на то, что большинство покрытий TiAlN и AlTiN промышленно синтезируются с использованием мишеней из сплавов с определенным процентным содержанием алюминия и титана, покрытия TiAlN можно производить с мишенями из чистого Al и Ti, используя метод катодно-дугового осаждения. Покрытия TiAlN и AlTiN из мишеней из чистого Al и чистого Ti методом катодно-дугового осаждения производятся промышленно компанией NanoShield PVD в Таиланде с 1999 года. Используя технологию отдельных мишеней, можно обеспечить большую гибкость в отношении структуры и состава покрытия.
Одним из коммерческих типов покрытий, используемых для повышения износостойкости инструментов из карбида вольфрама , является AlTiN-Saturn от Sulzer Metaplas. [6]
Покрытия иногда легируются по крайней мере одним из элементов: углеродом , кремнием , бором , кислородом и иттрием , чтобы улучшить выбранные свойства для конкретных применений. Эти покрытия также используются для создания многослойных систем. Например, их можно использовать в сочетании с TiSiXN, как те, которые используются в семействе покрытий Mpower компании Sulzer Metaplas. Вышеупомянутые типы покрытий применяются для защиты инструментов, в том числе специальных инструментов медицинского назначения. Их также используют в качестве декоративной отделки.
Одним из производных технологии покрытия TiAlN является нанокомпозит TiAlSiN (нитрид титана-алюминия-кремния), который был разработан компанией SHM в Чешской Республике и в настоящее время продается компанией Platit из Швейцарии. Нанокомпозитное покрытие TiAlSiN обладает сверхтвердой твердостью и превосходной обрабатываемостью при высоких температурах.
Рекомендации
^ Лейендекер, Т; Леммер, О; Эссер, С; Эбберинк, Дж (1991). «Разработка PVD-покрытия TiAlN в качестве коммерческого покрытия для режущего инструмента». Технология поверхностей и покрытий . 48 (2): 175–178. дои : 10.1016/0257-8972(91)90142-J.
^ Веттер, Дж (1995). «Вакуумно-дуговые покрытия инструментов: возможности и применение». Технология поверхностей и покрытий . 76–77: 719–724. дои : 10.1016/0257-8972(95)02499-9.
^ Майрхофер, Пол Х.; Хёрлинг, Андерс; Карлссон, Леннарт; Сьёлен, Джейкоб; Ларссон, Томми; Миттерер, Кристиан; Хультман, Ларс (2003). «Самоорганизующиеся наноструктуры в системе Ti–Al–N». Письма по прикладной физике . 83 (10): 2049–2051. Бибкод : 2003АпФЛ..83.2049М. дои : 10.1063/1.1608464.
^ Аллинг, Б.; Рубан, А.; Карими, А.; Пейл, О.; Саймак, С.; Хультман, Л.; Абрикосов И. (2007). «Термодинамика смешивания и разложения c-Ti1-xAlxN на основе расчетов из первых принципов». Физический обзор B . 75 (4): 045123. Бибкод : 2007PhRvB..75d5123A. doi : 10.1103/PhysRevB.75.045123.
^ Музыка, Д.; Гейер, Р.В.; Шнайдер, Дж. М. (2016). «Последние достижения и новые направления в проектировании твердых покрытий на основе теории функционала плотности». Технология поверхностей и покрытий . 286 : 178–190. doi :10.1016/j.surfcoat.2015.12.021.
