一种基于第一性原理TiAlCrN涂层中Al/Cr元素最优配比理论计算与性能分析

摘要

本文为研究Al/Cr元素含量的最优配比，采用Materials Studio构建了Ti3Al1‑xCrxN(x=0、0.125、0.25、0.375、0.5、0.625、0.75、0.875、1)的模型。基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，分析了Ti3Al1‑xCrxN晶格常数、弹性性质和德拜温度。结果表明：随着Cr元素含量的增多总能量逐渐减小，结构均可以稳定存在；在Cr原子比例为0.625时，晶格畸变导致晶格常数变大。在弹性性质方面，Ti3Al0.625Cr0.375N和Ti3Al0.125Cr0.875N在硬度、抵抗外力能力、刚度和韧性等方面表现最优异，且Ti3Al0.125Cr0.875N>Ti3Al0.625Cr0.375N。在德拜温度方面，Ti3Al0.75Cr0.25N、Ti3Al0.625Cr0.375N、Ti3Al0.25Cr0.75N和Ti3Al0.125Cr0.875N具有较高的德拜温度，具有良好的热力学稳定性。经过本文的计算，Ti3Al0.125Cr0.875N即(Al/Cr=1：7)所表现的综合性能最优异。