第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

TiAlN涂层因其具高硬度、优异的热稳定性和抗氧化性能被广泛应用于切削刀具的表面防护涂层。现代制造业朝向更高的加工精度和更快的切削速度发展，对刀具表面防护涂层提出了更高的要求，多元合金掺杂常被用于提升TiAlN涂层的综合性能。本研究工作探讨了Ru掺杂对TiAlN涂层结构和性能的影响。首先采用第一性原理计算对TiAlRuN涂层的结构和热稳定性进行了预测；然后采用弧蒸发技术制备不同Ru含量的TiAlRuN涂层，结合X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、热重分析仪、差示扫描量热仪等检测手段研究了Ru掺杂对TiAlN涂层结构和性能的影响。结论表明：Ru添加会降低TiN中Al的固溶度，使涂层由单相立方结构(c)的Ti_0.44Al_0.56N和Ti_0.43Al_0.50Ru_0.07N转变为立方和六方(w)两相结构的Ti_0.34Al_0.51Ru_0.15N；Ru的添加抑制了TiAlN涂层热分解过程中w-AlN的形成，从而提升了其热稳定性和时效硬化效应。然而，Ru的加入使TiAlN涂层的氧化层从表层富Al、底层富Ti的双层结构转变为均匀疏松的单层结构，降低了TiAlN涂层的抗氧化性。另外，切削实验表明：在较低切削速度时，Ti_0.43Al_0.50Ru_0.07N涂层的切削寿命相较于Ti_0.46Al_0.54N提高了32 %；而在高速切削时无明显优势。

TiAlRuN涂层；第一性原理；热稳定性；抗氧化性