梯度成分结构TiAlSiYN涂层的制备及其抗氧化性能研究

目的采用阴极电弧镀叠加磁控溅射的复合PVD涂层技术,实现梯度成分结构Ti AlSiYN多元涂层的制备。方法在涂层沉积过程中,通过切换不同成分的电弧靶,获得成分梯度变化的Ti AlSiYN涂层。利用扫描电子显微镜及其附带能谱仪、X射线衍射仪分析涂层氧化前后的截面组织形貌、成分和物相结构。结果在阴极电弧沉积过程中,通过磁控溅射方式植入微量Y元素会干扰涂层的生长,降低涂层的生长速率。Y元素在涂层中具有细化柱状组织的作用,并使涂层的开始氧化温度和氧化速率降低。相比于均一成分结构的Ti AlSiN涂层,均一成分结构的Ti AlSiYN涂层在800℃时表层未发生氧化。在900℃保温1 h后,Ti AlSiYN涂层的高氧含量氮氧化物层厚度小于Ti AlSiN涂层。梯度成分结构使Ti AlSiYN涂层的抗氧化性能明显降低,在900℃保温1 h后,梯度成分结构的Ti AlSiYN涂层组织完全被氧化,氧化组织以金红石结构的Ti O2为主,还有少量锐钛矿结构的Ti O2、Si O2和Al2O3。结论微量稀土Y元素具有改善涂层抗氧化性的作用,而梯度成分结构不利于涂层的抗氧化性。

高熵薄膜和成分梯度材料

针对高熵合金薄膜的研究现状,围绕成分设计、制备工艺、相结构、力学性能、高温性能、耐蚀性能等方面进行了讨论。分析了合金薄膜相结构受氮气流率、基底偏压、基底温度等工作参数影响的规律。其力学性能随着C、B、N等小半径非金属原子含量的增加而强化,文中从固溶强化理论角度进行了分析和解释。同时高熵合金薄膜展现出了优异的高温和耐蚀性能,在高温、强酸等极端条件下具有良好的稳定性。此外,高熵材料成分复杂且体系多样化,可通过高通量制备实现多组分材料的平行制备,为高通量筛选提供一个高效平台。针对未来可用于高熵合金高通量制备的几种技术进行了讨论。