[發(fā)明專利]一種Mo-Ta-W難熔高熵合金薄膜及其制備方法

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• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN114015996A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁秀兵;張毅勇;張志彬;胡振峰;何鵬飛;王鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C22C30/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 張晶

本發(fā)明提供一種Mo?Ta?W難熔高熵合金薄膜及其制備方法。該難熔高熵合金薄膜由Mo、Ta和W等原子比或非等原子比組成，制備方法包括如下步驟：基片超聲清洗、吹干并固定在基片臺上；將高純金屬靶材Mo、Ta和W放置在三個靶位，并調(diào)節(jié)靶材相對于垂直于基片臺的中心線的角度和靶材與基片臺之間的垂直距離；將沉積室抽真空然后通入高純Ar氣，調(diào)節(jié)工作氣壓，設(shè)置靶材濺射功率，對靶材進(jìn)行預(yù)濺射；然后設(shè)置基片旋轉(zhuǎn)并打開基片擋板進(jìn)行正式濺射，得到該三元難熔高熵合金薄膜。本發(fā)明采用多靶直流磁控濺射沉積的方法，得到了成分均勻、致密性好、硬度高的三元難熔高熵合金薄膜。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Mo-Ta-W難熔高熵合金薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

高熵合金是由五種及以上的等原子比或者近似等原子比的元素組成的。各元素的原子百分比在5％-35％之間，原子隨機(jī)地占據(jù)晶格位置，因此高熵合金具有獨(dú)特的四大核心效應(yīng)，即熱力學(xué)上的高熵效應(yīng)、動力學(xué)上的緩慢擴(kuò)散效應(yīng)、晶格結(jié)構(gòu)的畸變效應(yīng)和性能的“雞尾酒”效應(yīng)。在多種機(jī)制的協(xié)同作用下，相比于傳統(tǒng)金屬材料，高熵合金擁有眾多出色的性能，如較高的強(qiáng)度和硬度，優(yōu)異的抗氧化、耐摩擦、耐腐蝕和軟磁性能。然而，目前對于高熵合金的定義并沒有嚴(yán)格的界定。隨著研究的不斷深入，研究人員也把三或者四元的多主元合金認(rèn)為是高熵合金。例如，美國學(xué)者基于高熔點(diǎn)元素制備出了具有BCC固溶體結(jié)構(gòu)的WNbMoTa和NbTiVZr四元高熵合金(Sekov O N,et al.Intermetallics,2010,18(9):1758-1765.)。另有學(xué)者研究了ZrNbHf三元高熵合金的微觀結(jié)構(gòu)，其呈現(xiàn)出BCC固溶體結(jié)構(gòu)(GuoW,et al.Metallurgical and Materials Transactions A,2013,44(5):1994-1997.)。難熔高熵合金是由高熔點(diǎn)的金屬元素組成的，例如Nb、Mo、Ta和W等，其在高溫下具有較高的熱穩(wěn)定性，在高溫領(lǐng)域應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢。難熔高熵合金薄膜一種高熵、具有髙混合熵的合金薄膜。難熔高熵合金薄膜材料不僅展現(xiàn)出與難熔高熵高熵合金塊體合金材料相似的優(yōu)異性能，在一些性能上甚至優(yōu)于合金塊體材料，例如難熔高熵合金薄膜具有更高的硬度和彈性模量、優(yōu)異的耐磨性能等。因此，難熔高熵合金薄膜可以在傳統(tǒng)金屬合金或者零部件上作為涂層使用，在極端環(huán)境下增加傳統(tǒng)合金或者零部件的穩(wěn)定性，同時(shí)可以為工程物體表面提供所需的性能。

磁控濺射沉積具有沉積速率高、成膜質(zhì)量好、性能可控、與基底結(jié)合強(qiáng)度好等特點(diǎn)，成為一種最常見的薄膜制備方法。目前采用的磁控濺射沉積制備難熔高熵薄膜的方法多是單靶磁控濺射沉積法，即濺射靶材采用的是單一的合金靶材。該種方法需通過電弧熔煉或者粉末冶金的方法制備高純度的合金靶材，因此合金靶材的成分均勻性很大程度上決定了沉積制備薄膜的成分的均勻性。但是，目前單靶磁控濺射沉積在制備高熵難熔合金薄膜時(shí)，需要首先制備高熵難熔合金靶材，由于合金主元的熔點(diǎn)都相對較高，制備較為困難，并且在調(diào)整薄膜成分時(shí)需重新沉積制備相應(yīng)成分的合金靶材，增加了設(shè)計(jì)成本，降低了薄膜制備的效率。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種Mo-Ta-W難熔高熵合金薄膜，該高熵合金薄膜采用多靶直流磁控濺射沉積技術(shù)制得，該高熵合金薄膜的組元數(shù)為三元，具有單相結(jié)構(gòu)，其硬度比現(xiàn)有NbMoTaW四元難熔高熵合金薄膜具有顯著提高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種Mo-Ta-W難熔高熵合金薄膜，所述難熔高熵合金薄膜由Mo、Ta和W等原子比或者非等原子比組成；

其中，當(dāng)該難熔高熵合金薄膜的成分以等原子比組成時(shí)，化學(xué)式記為MoTaW；

當(dāng)該難熔高熵合金薄膜的成分以非等原子比組成時(shí)，化學(xué)式記為Mo_aTa_bW_c；其中，a、b、c均表示原子比，a的取值范圍是0.31～0.40，b的取值范圍是0.21～0.35，c的取值范圍是0.29～0.47，且a+b+c＝1；

其中，該Mo-Ta-W難熔高熵合金薄膜的制備方法，包括如下步驟：