Influence of Hf on the structure, thermal stability and oxidation resistance of Ti-Al-N coatings

Xu, Yu X.; Chen, Li; Pei, Fei; Du, Yong; Liu, Yong; Yue, Jian L.

doi:10.1016/j.tsf.2014.06.043

Cited by 45 publications

(10 citation statements)

References 27 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…A variety of candidate elements, including V [57] , Ta [58] , Zr [59] , Y [60] , Hf [61] and Nb [62] , have been considered, but no clear consensus on a screening criterion has been reached. A precise delineation of the phase transformation pathways for TM-Al-X-N quaternary systems is crucial for establishing such a criterion.…”

Section: Temperaturementioning

confidence: 99%

Development of robust surfaces for harsh service environments from the perspective of phase formation and transformation

Lou¹,

Xu²,

Chen³

et al. 2021

JMI

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The rise of the materials genome and materials informatics has enabled the accelerated development of robust surfaces for harsh service environments in the nuclear, aerospace and marine industries. Accurate information on the phase formation and transformation of materials (particularly coating materials) in synthesis and service processes is a prerequisite for the successful optimization of their properties. However, both these processes proceed under non-equilibrium conditions, making the traditional CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) approach incapable of describing the phase relation and stability. Hence, this study provides a brief review on the recent research advances pertaining to the phase formation during coating deposition, the phase transformation in service and the materials optimization targeted for demanding working conditions. We also summarize the challenges of expanding phase diagram databases with a wide adaptability to metastable phase formation and non-equilibrium phase transformation in multicomponent systems. Through the elaboration of each research case, this review provides new insights into the surface protection of materials serving in harsh environments.

show abstract

Section: Temperaturementioning

confidence: 99%

Development of robust surfaces for harsh service environments from the perspective of phase formation and transformation

Lou¹,

Xu²,

Chen³

et al. 2021

JMI

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…З метою підвищення корозійної стійкості плівок TiAlN з кубічною структурою до складу покриття додавали різні легуючі елементи, такі як Cr [6][7][8], Si [9,10], Nb [11], Ta [12,13], Y [14], Zr [15], або Hf [16]. Більшість результатів показала, що додавання цих елементів у мольній частці <0,1 має найбільш позитивний вплив на характеристики механічної та термічної стійкості.…”

Section: вступunclassified

Influence of Cr Dopants on the Oxidation Resistance of Multilayered TiAlN Films

Nakonechna¹,

Макара²

2019

Metallofiz. Noveishie Tekhnol.

View full text Add to dashboard Cite

В даній роботі представлено результати досліджень впливу добавок Cr на корозійну стійкість багатошарових покриттів Ti 1−x Al x N, нанесених магнетронним розпиленням. Термогравіметричні експерименти показали, що легування Cr покращує окиснювальну поведінку покриттів. Методами сканувальної електронної мікроскопії детально досліджено структуру окалини, що утворюється на поверхні плівок при високотемпературному відпалі. Встановлено, що при відпалі 800°С на поверхні покриття без вмісту хрому утворюється подвійний шар оксидів, який складається з внутрішнього пористого Ti-O і зовнішнього щільного Al-O. Але при тривалому відпалі 900°С корозійна стійкість цієї плівки погіршується за рахунок збільшеної дифузії на поверхню іонів Ti, які руйнують захисний шар Al-О. Структура окалини, що утворюється на поверхні покриттів з Cr, залежить від хімічного складу плівки. Для покриттів з низьким та середнім вмістом Cr формується окалина, що із зовнішнього шару Ті-О і внутрішнього шару Al-Cr-O. У плівці з найбільшим вмістом хрому кінетика окиснення контролюється утворенням щільного поверхневого шару Cr(Al) 2 O 3 , і дана плівка демонструє найвищу корозійну стійкість. Ключові слова: тонка плівка, магнетронне розпилення, сканувальна електронна мікроскопія, термогравіметрія, корозійна стійкість.

show abstract

“…The 0 K thermodynamics of quaternary transition metal nitride (Ti-Al-X-N, X=Zr,Hf,V,Nb,Ta) alloys has recently been investigated by Holec using ab initio simulations [86]. Zr improves the oxidation resistance and the as deposited hardness of Ti 1−x Al x N [87,88]; Hf leads to an inferior oxidation resistance of Ti 1−x Al x N and promotes the formation of cubic domains, however it retards the formation of stable wurtzite AlN during thermal annealing [89,90]; The addition of V to Ti 1−x Al x N hard coatings enables lubricating effects based on oxidation resistance and improves the overall wear resistance [91][92][93]; Nb and Ta are also favored due to combining outstanding mechanical properties with good oxidation resistance [94][95][96].…”

Section: Quaternary Nitride Alloysmentioning

confidence: 99%

Properties of multilayered and multicomponent nitride alloys from first principles

Wang¹

2018

Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations

View full text Add to dashboard Cite

This thesis is a theoretical exploration of properties of multilayered and multicomponent nitride alloys, in particular their mixing thermodynamics and elastic behaviors. Systematic investigation of properties of a large class of materials, such as the multicomponent nitride solid solutions, is in line with the modern approach of high-throughput search of novel materials. In this thesis we benchmark and utilize simple but efficient methodological frameworks in predicting mixing thermodynamics, Young's moduli distribution of multilayer alloys and the linear thermal expansion of quaternary nitride solid solutions.We demonstrate by accurate ab-initio calculations that Ti 1−x Al x N solid solution is stabilized by interfacial effects if it is coherently sandwiched between TiN layers along (001). For TiN/AlN and ZrN/AlN multilayers we show higher thermodynamic stability with semicoherent interfaces than with isostructural coherent ones.Accurate 0 Kelvin elastic constants of cubic Ti x X y Al 1−x−y N (X=Zr, Hf, Nb, V, Ta) solid solutions and their multilayers are derived and an analytic comparison of strengths and ductility are presented to reveal the potential of these materials in hard coating applications. The Young's moduli variation of the bulk materials has provided a reliable descriptor to screen the Young's moduli of coherent multilayers.The Debye model is used to reveal the high-temperature thermodynamics and spinodal decomposition of Ti x Nb y Al 1−x−y N. We show that though the effect of vibration is large on the mixing Gibbs free energy the local spinoal decomposition tendencies are not altered. A quasi-harmonic Debye model is benchmarked against results of molecular dynamics simulations in predicting the thermal expansion coefficients of Ti x X y Al 1−x−y N (X=Zr, Hf, Nb, V, Ta).v Sammanfattning Denna avhandling är en teoretisk undersökning av egenskaperna hos multilager och multikomponentlegeringar av nitrider, särskilt deras blandningstermodynamik och elastiska egenskaper. Systematiska undersökningar av egenskaperna hos en stor materialfamilj, såsom fasta lösningar av multikomponentnitrider, ligger i linje med den moderna angreppsvinkeln av massundersökningar i sökandet efter nya material. I denna avhandling utvärderar och använder vi enkla men effektiva metodologiska ramverk för att förutsäga blandningstermodynamik, fördelning av Young's moduli multilager och den linjära termiska expansionen i kvaternära fasta lösningar av nitrider.Vi visar med precisa ab-initio-beräkningar att en fast lösning av Ti 1−x Al x N stabiliseras av gränssnittseffekter om den placeras koherent mellan TiN-skikt längs med (001). För multilager av TiN/AlN och ZrN/AlN påvisar vi högre termodynamisk stabilitet med semikoherenta gränsskikt än med isostrukturella koherenta. Precisa elastiska konstanter vid 0 K för kubiska fasta lösningar av Ti x X y Al 1−x−y N (X=Zr, Hf, Nb, V, Ta) och deras multilager beräknas och en analytisk jämförelse av deras hållfasthet och duktilitet presenteras för att visa dessa materials potential ...

show abstract

Influence of Hf on the structure, thermal stability and oxidation resistance of Ti-Al-N coatings

Cited by 45 publications

References 27 publications

Development of robust surfaces for harsh service environments from the perspective of phase formation and transformation

Development of robust surfaces for harsh service environments from the perspective of phase formation and transformation

Influence of Cr Dopants on the Oxidation Resistance of Multilayered TiAlN Films

Properties of multilayered and multicomponent nitride alloys from first principles

Contact Info

Product

Resources

About