[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

本發明公開了一種高熵合金氮化物復合涂層及其制備方法與應用。所述高熵合金氮化物復合涂層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，所述高熵合金氮化物層具有非晶?納米晶的梯度結構。本發明中的復合涂層采用磁控濺射技術獲得，生產工藝可重復性好、沉積速度快、對涂層損傷小，所得涂層純度高、致密性好、成膜均勻性好、易于實現工業化，可用于高端裝備的機械運動部件。

技術領域

本發明屬于表面工程技術領域，具體涉及一種高熵合金氮化物復合涂層及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，國內機械制造業發展迅速，高端裝備對其關鍵機械運動部件的性能要求越來越高，不僅要求材料表面具有較高的硬度、耐磨性，還要求其具有較高的韌性和耐高溫性能。但是目前主流的涂層多為CrN、TiN、TiAlN、CrAlSiN等二元、三元或四元涂層體系，此類中、低熵合金氮化物涂層由于內應力高、脆性大、強韌性不匹配，已經無法滿足日益惡劣的服役環境對表面防護涂層的需求，為了滿足這一需求，人們根據性能要求，選擇性添加所需元素制備出了高熵合金涂層。高熵合金涂層在微觀結構和性能上具有特殊的性質，比如高熵效應可以使合金易形成簡單面心立方(FCC)或體心立方(BCC)結構，晶格畸變效應和原子遲滯擴散效應使合金易形成非晶和析出納米晶組織，尤其是雞尾酒效應可以使合金具有多功能性能，比如高硬度、高耐磨、耐腐蝕、耐高溫和抗氧化性能等，而氮化后的高熵合金涂層具有更加優異的性能而備受關注。

如何制備一種涂層不僅可以大幅降低涂層的內應力，還具有表面硬、內部韌的性能，有效解決傳統涂層對硬度和韌性需求的矛盾，滿足對涂層“強-韌”性一體化的需求，克服高端裝備的機械運動部件涂層強度高韌性差、韌性好強度差的缺點，是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種高熵合金氮化物復合涂層及其制備方法與應用，以克服現有技術的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種高熵合金氮化物復合涂層，其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，所述高熵合金氮化物層具有非晶-納米晶的梯度結構。

進一步的，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：Al5％～12％、Cr5％～12％、W5％～10％、Ti6％～11％、Mo8％～15％和N40％～65％。

本發明實施例還提供了前述的高熵合金氮化物復合涂層的制備方法，其包括：

提供基體；

采用磁控濺射技術，在所述基體表面依次沉積過渡層和高熵合金氮化物層，直至形成所述高熵合金氮化物復合涂層。

本發明實施例還提供了前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。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

(1)本發明制備的高熵合金氮化物復合涂層中，過渡層可以有效提高膜基結合力，高熵合金氮化物層由于存在特殊的非晶-納米晶梯度結構，使得復合涂層不但具有超過20GPa的硬度，還具有一定的塑韌性，且磨損率低于1.1x10^-5mm³/Nm，該復合涂層是一種高硬度高耐磨涂層，可以在高溫(室溫～700℃)、高磨損的苛刻工況中對基體進行良好的保護；

(2)本發明采用高熵合金靶，對磁控濺射設備靶位的數量要求低，合適中小企業使用，且可以獲得成分均勻的高熵合金氮化物涂層；同時本發明中的復合涂層采用磁控濺射技術獲得，生產工藝可重復性好、沉積速度快、對涂層損傷小，所得涂層純度高、致密性好、成膜均勻性好、易于實現工業化，可用于高端裝備的機械運動部件。

附圖說明