CrAlN硬质刀具涂层的相结构稳定性及其热分解机制

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,从理论上系统研究不同Al固溶浓度x(x=0~1)下面心立方(FCC)结构Cr1-xAlxN硬质刀具涂层的微观几何构型、相结构稳定性及其热分解机制,并从电子结构角度对其稳定性起源进行分析。结果表明:随着Al固溶浓度增大,FCC-Cr1-xAlxN晶胞逐渐收缩,而其晶格畸变程度却先增大后减小,且当Al浓度x为0.5~0.75时,FCC-Cr1-xAlxN晶格畸变较为严重,为析出密排六方(HCP)结构的Al N化合物提供源动力;随着Al固溶浓度增大,FCC-Cr1-xAlxN相结构稳定性逐渐降低,且其极易按FCC-Cr1-xAlxN→(FCC-Cr N)+(HCP-Al N)→(HCP-Cr2N)+N2+(HCP-Al N)的路径进行分解,计算结果与实验保持一致;Al固溶致使FCC-Cr1-xAlxN相结构稳定性降低的内在原因在于Cr1-xAlxN晶胞中Cr—N共价键作用随Al固溶度的增大而逐渐减弱。