[發明專利]一種高熵合金氮化物復合涂層及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110232344.5
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN113025953B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 王永欣;賀南開;李金龍;王海新;郭武明
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

1.一種高熵合金氮化物復合涂層，其特征在于包括依次形成于基體表面的過渡層和高熵合金氮化物層，所述高熵合金氮化物層的分子式為(AlCrWTiMo)N，所述高熵合金氮化物層表面呈花椰菜狀結構，且所述高熵合金氮化物層具有非晶-納米晶的梯度結構；

其中，所述高熵合金氮化物層包含按照原子百分含量計算的如下元素：Al?5%~12%、Cr5%~12%、W?5%~10%、Ti?6%~11%、Mo?8%~15%和N?40%~65%；

在沿逐漸遠離所述基體的方向上，所述高熵合金氮化物層逐漸由非晶結構向納米晶結構進行梯度轉變；

所述高熵合金氮化物復合涂層的硬度為20~35GPa，磨損率低于1.1x10^-5mm³/Nm；

所述過渡層的厚度為30~120nm；所述高熵合金氮化物層的厚度為0.7~1.5μm；所述高熵合金氮化物復合涂層的厚度為0.8~1.7μm。

2.根據權利要求1所述的高熵合金氮化物復合涂層，其特征在于：所述過渡層的材質選自鋁、鉻、鎢、鈦、鉬、氮化鋁、氮化鉻、氮化鎢、氮化鈦、氮化鉬中的任意一種或兩種以上組合。

3.根據權利要求1所述的高熵合金氮化物復合涂層，其特征在于：所述基體選自不銹鋼基體和/或Si基體；其中，所述不銹鋼基體的材質選自316不銹鋼和/或304不銹鋼。

4.權利要求1-3中任一項所述的高熵合金氮化物復合涂層的制備方法，其特征在于包括：

提供基體；

將基體置于反應腔體中，采用磁控濺射技術，以金屬靶為靶材，以保護性氣體為工作氣體，對基體施加負偏壓，從而在基體表面沉積形成過渡層，其中，金屬靶的靶功率為100W~300W，工作溫度為室溫~400℃，基體負偏壓為100V~200V，工作氣體的流量為30sccm~60sccm，腔體反應氣壓為2.5~3.0Pa，沉積時間為20~40min，所述金屬靶的材質選自Al、Cr、W、Ti、Mo中的任意一種；其中，所述保護性氣體選自惰性氣體和/或惰性氣體與氮氣的混合氣體；

以及，采用磁控濺射技術，以AlCrWTiMo合金靶為靶材，以惰性氣體與氮氣的混合氣體為工作氣體，對基體施加負偏壓，在所述過渡層表面沉積形成高熵合金氮化物層，從而形成高熵合金氮化物復合涂層；其中，AlCrWTiMo合金靶的靶功率為80W~250W，工作溫度為室溫~400℃，基體負偏壓為0V~200V，工作氣體的流量為30sccm~60sccm，氮氣與工作氣體的流量比為1~5:10，腔體反應氣壓為0.8~2.5Pa，沉積時間為30~120min。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于還包括：先對基體表面進行預處理，之后對金屬靶和AlCrWTiMo合金靶進行氬等離子體處理，然后采用磁控濺射技術在基體表面沉積所述高熵合金氮化物復合涂層。

6.權利要求1-3中任一項所述的高熵合金氮化物復合涂層于基體表面耐磨防護領域中的用途。

7.根據權利要求6所述的用途，其特征在于：所述基體為機械運動部件的至少局部表面。

8.根據權利要求6所述的用途，其特征在于：所述用途為機械運動部件于大氣、水或潤滑相介質中耐磨防護領域中的用途。