[發明專利]一種高熵金屬玻璃薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202111503625.6
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114561621B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 文懋;于文倩;何星嘉;王麒驊;張侃;鄭偉濤
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C22C45/10;C22C45/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王苗苗

本發明屬于金屬玻璃薄膜技術領域，特別涉及一種高熵金屬玻璃薄膜及其制備方法和應用。本發明提供的高熵金屬玻璃薄膜包括高熵難熔金屬元素和貴金屬元素；所述貴金屬元素與任一高熵難熔金屬元素的混合焓大于任兩種高熵難熔金屬元素的混合焓；所述高熵金屬玻璃薄膜中貴金屬元素的原子含量為15～40at.％；所述高熵合金玻璃薄膜包括高熵難熔金屬?貴金屬配位非晶玻璃納米層和貴金屬析出非晶玻璃納米層。本發明在高熵難熔金屬體系中引入與各組元金屬元素混合焓和原子失配偏差大的貴金屬實現薄膜玻璃化轉變，最終形成多層的非晶玻璃納米層，消耗裂紋擴展能量使得高熵金屬玻璃薄膜的韌性提高，提高了高熵金屬玻璃薄膜的韌性、硬度和耐磨損性能。

技術領域

本發明屬于金屬玻璃薄膜技術領域，特別涉及一種高熵金屬玻璃薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

高熵合金具有高熵效應、慢擴散效應、晶格畸變效應和“雞尾酒”效應四個典型特征效應，從而具有硬度和強度高、抗疲勞性高、耐腐蝕性高和抗高溫氧化性能優異的特點。高熵金屬玻璃兼具了高熵合金和金屬玻璃的特點，非晶結構的高熵金屬玻璃沒有位錯晶界等晶體合金中常見的缺陷，相較于高熵合金而言，高熵金屬玻璃具備更高的力學性能。高熵合金玻璃薄膜可以作為切削刀具、汽車發動機活塞、電子器件外殼的硬質耐磨保護層和油潤滑軸承的保護涂層，在軍事領域、生物醫學、電子工業及航空航天等領域都具有卓越的應用前景。

目前磁控濺射的方法制備的高熵金屬玻璃薄膜為單一均質化的非晶玻璃，脆性較大，在受到壓力時會產生局部剪切從而導致災難性的破壞，限制了高熵金屬玻璃薄膜在硬質保護層上的應用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種高熵金屬玻璃薄膜及其制備方法，本發明提供的高熵金屬玻璃薄膜具有硬度高、油摩擦系數低的特點。

為了實現上述發明的目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種高熵金屬玻璃薄膜，包括高熵難熔金屬元素和貴金屬元素；

所述高熵難熔金屬元素為Zr、Nb、Hf、Ta和Mo；

所述貴金屬元素與任一高熵難熔金屬元素的混合焓大于任兩種高熵難熔金屬元素的混合焓；所述高熵金屬玻璃薄膜中貴金屬元素的原子含量為15～40at.％；

所述高熵合金玻璃薄膜含非晶玻璃納米層；所述非晶玻璃納米層包括高熵難熔金屬-貴金屬配位非晶玻璃納米層和貴金屬析出非晶玻璃納米層。

優選的，所述貴金屬元素包括Pt。

優選的，所述高熵難熔金屬元素中Zr、Nb、Hf、Ta和Mo的摩爾比為(5～35)：(5～35)：(5～35)：(5～35)：(5～35)。

優選的，所述高熵金屬玻璃薄膜的厚度為1～2μm。

本發明還提供了上述技術方案所述高熵金屬玻璃薄膜的制備方法，包括以下步驟：

以ZrNbHfTaMo靶材和貴金屬元素靶材在襯底上進行共濺射，在襯底上得到所述高熵金屬玻璃薄膜；

所述貴金屬元素與ZrNbHfTaMo靶材中任一元素的混合焓大于ZrNbHfTaMo靶材中任兩種高熵難熔金屬元素的混合焓；襯底溫度為200～300℃。

優選的，所述共濺射的條件包括：靶基距獨立地為8～12cm，沉積傾角為35°～55°；濺射氣體為氬氣，所述氬氣的流量為50～70sccm。

優選的，所述共濺射中工作壓強為0.5～1.1Pa，濺射電流為0.3～0.6A，沉積時間為100～140min。

優選的，所述共濺射中襯底自轉；所述襯底自轉的速率為60～100r/h。