[發明專利]一種納米晶TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202210327869.1
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114807880B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 王亞強;丁佳琪;張金鈺;吳凱;劉剛;孫軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C22C30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層及其制備方法，Zr的原子百分比小于15.8at.％，其余為近等原子比的TaWMoCr。在拋光的鋼基體和單晶硅基體上采用磁控濺射共濺射的方法制備TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層，其中TaWMoCr合金靶采用2個直流電源，Zr靶采用1個射頻電源。高真空磁控濺射共濺射制備得到的TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層為單相BCC固溶體，具有納米柱狀晶結構，表面形貌為針片狀，成分均勻，組織致密，厚度為2.1～2.7μm。Zr的適量加入可以有效提高TaWMoCr高熵合金涂層的力學性能、膜基結合性能以及抗氧化性能，擴展了高熵合金涂層的應用范圍。

技術領域

本發明涉及金屬表面改性領域，具體為一種TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層及其制備方法。

背景技術

高熵合金因其獨特的結構和優異的綜合性能而具有廣闊的應用前景，成為近些年的研究熱點。傳統合金體系的設計理念是基于滿足某些主要性能的要求，選擇一種或兩種主要元素，同時在合金化的過程中添加少量其他元素來提高合金的性能，如強度與韌性、耐腐蝕性、耐磨性等。而新興的高熵合金則提出了一種全新的合金設計理念，其由多種元素以等原子比或近等原子比混合而成。傳統合金的研究認為，合金體系中過多的元素易于形成脆性金屬間化合物，從而使合金結構變得復雜。而對高熵合金的研究發現，其具有很高的混合熵和晶體內原子的遲滯擴散效應，容易獲得熱穩定性極高的簡單固溶體，主要是面心立方(FCC)、體心立方(BCC)和密排六方(HCP)。而其獨特的晶體結構又使得多主元高熵合金顯現出許多優異的性能，如高強度，高韌性，優異的耐腐蝕性、耐磨損性、抗氧化性、抗輻照性和熱穩定性等。

目前，NbMoTaW難熔高熵合金是研究最廣泛的高熵合金種類之一，其具有穩定的單相體心立方結構，具有優異的高溫力學性能和組織結構穩定性，可以在1600℃保持較高的強度；且各組元元素的擴散系數低，高溫下能夠表現出良好的阻擴特性和抗蠕變變形能力。然而，較差的抗高溫氧化性能限制了其進一步的應用。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種納米晶TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層及其制備方法，所制備的TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層具有均勻的微觀組織、良好的抗氧化性能以及優異的力學性能。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層，其化學成分組成原子百分比為：Zr元素的原子百分數小于15.8at.％，其余為等原子比的TaWMoCr。

優選的，所述TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層的晶體結構為單相BCC固溶體，晶粒為納米柱狀晶，表面形貌為針片狀。

優選的，所述TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層的厚度為2.1～2.7μm。

一種TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層的制備方法，包括以下過程：

真空環境下，在干凈的基體上采用TaWMoCr合金靶和Zr靶共濺射TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層，然后冷卻至室溫得到TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層；

其中，TaWMoCr合金靶的濺射功率為100W，Zr靶的濺射功率≤60W，沉積氣壓0.3Pa，基盤轉速15r/min，沉積時間20000s。

優選的，采用兩個TaWMoCr合金靶和一個Zr靶共濺射TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層。

優選的，所述TaWMoCr合金靶的原子百分比為，Ta:W:Mo:Cr＝29:29:23:19at.％。

優選的，在對基體濺射前先對基體進行預處理：

首先，對基體進行超聲清洗并烘干；

然后，對基體進行真空刻蝕，功率200W，氣流量60sccm，刻蝕5分鐘。