刘伟杰 王成磊 梁朝杰 谢映光 杨纪洁 梁慕林

(1.桂林电子科技大学 广西电子信息材料构效关系重点实验室，广西 桂林 541004； 2. 桂林电子科技大学材料科学与工程学院，广西 桂林 541004)

TiN是20世纪80年代以来一直引人关注的硬质薄膜材料，具有硬度高、摩擦因数小、耐磨损和耐腐蚀性能好等特性，被广泛用于切削刀具、钻头等工具。TiAlN薄膜是在TiN薄膜的基础上发展起来的新型多元薄膜，具有更高的硬度、耐磨性及抗氧化性[1]，因而受到了越来越多的关注，被认为是TiN薄膜的最有应用前景的替代材料[2]。

TiAlN薄膜经过多元化处理后，其耐磨损和耐腐蚀性能提升，抗高温氧化和抗疲劳性能也显著改善。在TiAlN基薄膜中添加其他元素如Cr、V、Si、Zr等，组成四元或更多元的薄膜，形成特殊的纳米相，对提高薄膜的力学性能效果尤为明显。如在TiAlN薄膜中添加Cr，Cr置换出Ti或Al，薄膜仍为B1-NaCl面心立方结构，晶格常数也没有大的改变。但随着Cr含量的增加，薄膜的柱状结构更加明显，晶粒变小，当Cr含量较高时，主要相结构为CrN，并出现少量Cr2N相[3-5]。TiAlVN薄膜与TiAlN薄膜的晶体结构相似[6]，这是因为V—N键结合强，V置换出Ti，与Al形成面心立方的AlVN相。Si的加入能明显改善薄膜的抗氧化性能，尤其是Al含量较低时，由于Si的存在，TiAlSiN薄膜的抗氧化温度不低于1 000 ℃，并且Si含量越高薄膜的抗氧化温度越高[7]。Zr元素的加入，不仅降低了TiAlN薄膜时效硬化的起始温度，还提高了c-AlN和h-AlN相的相变温度，从而改善了薄膜的抗高温氧化性能，拓宽了时效硬化温度范围，有利于薄膜在高温条件下性能稳定[8]。……