journal article·2023-11-22

Investigation on the Interface Structure, Mechanical Properties, and Thermal Stability of TiAlSiN/TiAlN Multilayers

Jian W. Du, Jie Zhang, Li Chen, Zhe R. Liu, Fei Pei, Yi Kong

ACS Applied Materials & Interfaces· Volume 15· Issue 46
Publisher page

Abstract

Recently, the TiAlSiN/TiAlN coatings with excellent mechanical and thermal properties have great potential for protective applications that face deteriorated service environments. Here, we systematically investigate the interface structure, mechanical properties, and thermal stability of TiAlSiN/TiAlN multilayers with varied Al and Si contents of TiAlSiN sublayer. Both Ti 0.53 Al 0.38 Si 0.09 N/Ti 0.52 Al 0.48 N (ML_1) and Ti 0.48 Al 0.38 Si 0.14 N/Ti 0.52 Al 0.48 N (ML_2) exhibit the face-centered cubic structure through epitaxial growth, whereas the Ti 0.43 Al 0.48 Si 0.09 N/Ti 0.52 Al 0.48 N (ML_3) shows a mixed cubic/wurtzite (c/w) structure. This mechanism is explored by first-principles calculations that the increased content of Al and Si within the TiAlSiN sublayer is detrimental to the formation of a coherent interface. Meanwhile, the change of interfacial structure leads to a variation in hardness from ∼35.6 GPa of ML_1 to ∼35.4 GPa of ML_2 and then to ∼30.9 GPa of ML_3. In addition, ML_1 presents a delayed thermal decomposition by ∼100 °C, compared to those of ML_2 and ML_3 multilayers.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Metal and Thin Film Mechanics · MXene and MAX Phase Materials · Boron and Carbon Nanomaterials Research

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China

Zhuzhou Cemented Carbide Cutting Tools Co., LTD, Zhuzhou 412007, China

Funding

State Key Laboratory of Powder Metallurgy · National Natural Science Foundation of China

References (64)

Show source-provided references
1. 10.1016/j.surfcoat.2004.04.05610.1016/j.surfcoat.2004.04.056 ↗
2. 10.1016/S0921-5093(02)00259-910.1016/S0921-5093(02)00259-9 ↗
3. 10.1016/j.triboint.2020.10684710.1016/j.triboint.2020.106847 ↗
4. 10.1021/acsami.2c2251610.1021/acsami.2c22516 ↗
5. 10.1016/j.surfcoat.2011.12.02810.1016/j.surfcoat.2011.12.028 ↗
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34. 10.1016/j.tsf.2015.02.01310.1016/j.tsf.2015.02.013 ↗
35. 10.1016/j.apsusc.2012.02.04610.1016/j.apsusc.2012.02.046 ↗
36. 10.1557/JMR.1992.156410.1557/JMR.1992.1564 ↗
37. 10.1103/PhysRevLett.78.139610.1103/PhysRevLett.78.1396 ↗
38. 10.1103/PhysRevB.50.1795310.1103/PhysRevB.50.17953 ↗
39. 10.1103/PhysRevB.54.1116910.1103/PhysRevB.54.11169 ↗
40. 10.1103/PhysRevB.13.518810.1103/PhysRevB.13.5188 ↗
41. 10.1016/j.calphad.2013.06.00610.1016/j.calphad.2013.06.006 ↗
42. 10.1103/PhysRevB.42.962210.1103/PhysRevB.42.9622 ↗
43. 10.1103/PhysRevB.75.20542310.1103/PhysRevB.75.205423 ↗
44. 10.1088/0953-8984/8/32/00310.1088/0953-8984/8/32/003 ↗
45. 10.1016/j.surfcoat.2011.02.00710.1016/j.surfcoat.2011.02.007 ↗
46. 10.1016/S0257-8972(00)00958-010.1016/S0257-8972(00)00958-0 ↗
47. 10.1103/PhysRevB.93.17420110.1103/PhysRevB.93.174201 ↗
48. 10.1016/j.surfcoat.2015.11.03310.1016/j.surfcoat.2015.11.033 ↗
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60. 10.1016/S0257-8972(01)01714-510.1016/S0257-8972(01)01714-5 ↗
61. 10.1016/j.jallcom.2020.15857110.1016/j.jallcom.2020.158571 ↗
62. 10.1016/j.actamat.2006.09.04510.1016/j.actamat.2006.09.045 ↗
63. 10.1016/j.scriptamat.2018.11.05110.1016/j.scriptamat.2018.11.051 ↗
64. 10.1016/j.surfcoat.2017.09.01610.1016/j.surfcoat.2017.09.016 ↗