[發明專利]一種TaNbTi基難熔中熵非晶合金涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202210569722.3
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114959584A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 王亞強;李星;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: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/35;C23C14/02;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TaNbTi基難熔中熵非晶合金涂層及其制備方法，該合金涂層為TaNbTiCr或TaNbTiAl，其組成元素都為等原子比。在單面拋光的單晶硅基體上采用磁控濺射共濺射的方法制備TaNbTi基難熔中熵合金涂層，靶材為兩個TaNbTi合金靶純度99.9wt.％，一個Cr靶純度99.95wt.％或一個Al靶純度99.99wt.％，通過磁控濺射共濺射技術制備的TaNbTi基難熔中熵合金涂層，微觀結構為致密均勻的非晶組織，內部缺陷少，元素分布均勻，粗糙度極小，截面斷口呈韌窩狀花紋形貌，該TaNbTi基難熔中熵合金涂層具有優異的力學性能、抗氧化和耐腐蝕性能。

技術領域

本發明屬于金屬表面改性領域，具體為一種TaNbTi基難熔中熵非晶合金涂層及其制備方法。

背景技術

核反應堆包殼材料的安全服役與使用壽命是制約其發展與應用的重要因素。核燃料包殼材料需要長時間經受高溫、磨損、氧化、腐蝕和輻照等的作用，服役條件十分苛刻，尤其是高溫氧化與腐蝕會加速包殼材料的失效，進而引發核泄漏等重大災難和損失。

目前國際上使用的包殼材料主要是鐵基材料，首選是鐵馬鋼。但是鐵基材料在鉛鉍液態金屬中會發生嚴重腐蝕，鋼中的Fe、Cr、Ni元素在鉛鉍液態金屬中有很大的溶解度，而在氧含量略高時，這種腐蝕便以氧化為主，不僅破壞包殼，還可能存在氧化層局部脫落后堵塞管道的隱患。因此，為延長包殼材料的安全服役壽命，對材料進行表面改性是當前最為有效的手段。已有的陶瓷涂層比如SiC、TiN等，存在脆性大，延展性小，膜基結合差等問題；傳統合金涂層如Al-Ti-Fe等，又易形成脆性金屬間化合物，加速腐蝕。

中熵合金由于形成穩定相的元素減少，有效減輕了由于原子失配導致的合金強度、模量和延展性等性能的惡化，表現出了獨特的力學性能、耐腐蝕氧化與抗輻照性能，在高溫合金、熱電材料、高性能合金涂層、超導材料、核包殼結構材料涂層等領域具有廣闊的應用前景。燃料包殼的腐蝕氧化一般最容易沿晶界、微孔等局部缺陷處發生，因此需要設計一種非晶合金以解決現有燃料包殼材料的問題。

而非晶合金由于較少的缺陷可以有效提高材料的耐腐蝕氧化性能。因此，中熵非晶合金在核包殼材料的防腐中具有巨大的潛力。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種TaNbTi難熔中熵合金涂層及其制備方法，由于非晶合金較少的缺陷可以有效提高材料的耐腐蝕氧化性能，所制備的TaNbTi難熔中熵合金涂層具有均勻的微觀組織和優異的力學性能。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種TaNbTi基難熔中熵合金涂層，該難熔中熵合金涂層為TaNbTiCr或TaNbTiAl，微觀結構為無序非晶組織。

優選的，所述TaNbTiCr及TaNbTiAl的元素原子百分數之比為1:1:1:1。

優選的，所述難熔中熵合金涂層的截面斷口呈韌窩狀花紋形貌。

優選的，所述難熔中熵合金涂層的厚度為2.3～3.3μm。

優選的，所述TaNbTiCr難熔中熵合金涂層的納米壓痕硬度為8.4～9.0GPa，模量為120.0～130.0GPa；

所述TaNbTiAl難熔中熵合金涂層的納米壓痕硬度為8.0～8.5GPa，模量為110.0～120.0GPa。

優選的，所述TaNbTiCr難熔中熵合金涂層的表面粗糙度為R_a：0.75nm；

所述TaNbTiAl難熔中熵合金涂層的表面粗糙度為R_a：0.20nm。

一種TaNbTi基難熔中熵非晶合金涂層的制備方法，包括以下步驟：