Structure, mechanical properties and thermal decomposition of carbon-alloyed TiAlN thin films: A first-principle study

材料科学 碳纤维 旋节分解 韧性 分解 延展性(地球科学) 化学分解过程 热稳定性 热分解 体积模量 剪切模量 扩散 热力学 复合材料 冶金 化学工程 相(物质) 化学 有机化学 蠕动 物理 复合数 工程类
作者
Jie Zhang,Chun Hu,Li Chen,Yi Kong
出处
期刊:Vacuum [Elsevier BV]
卷期号:221: 112952-112952
标识
DOI:10.1016/j.vacuum.2023.112952
摘要

TiAlCN thin films have been known for their high hardness, favorable toughness and wear properties. Nevertheless, a comprehensive theoretical study conveying the mechanism for the effects of dissolved carbon on the mechanical properties, and thermal stability of TiAlN is still missing. Here, we studied the influence of carbon addition on the structure, modulus and thermal stability of TiAlN by first-principle calculations. The calculated formation energies indicate that carbon preferentially occupies nitrogen site and decreases the solubility of Al in cubic TiN. Furthermore, the enhanced ductility and decreased shear modulus by carbon addition revealed by our calculations, nicely explain the experimentally observed exceptional toughness of TiAlCN. The decomposition enthalpy calculations suggest that c-Ti(C,N) and c-AlN are the most probable decomposition products of TiAlCN. The reduced diffusion barriers of Al, the dominant diffusing atoms, indicate promoted spinodal decomposition process by carbon addition.
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