[發明專利]一種非晶難熔高熵合金涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202210571023.2
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN115044870A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 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: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/35;C22C45/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種非晶難熔高熵合金涂層及其制備方法，元素組成為TaWMoCrZr，其中Zr的原子百分比為23.2～41.3at.％，其余為近等原子比的Ta、W、Mo、Cr。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，通過調控射頻靶的功率來調節Zr含量。制備得到的TaWMoCrZr難熔高熵合金涂層為完全非晶結構，成分均勻，組織致密，表面光滑，力學性能優異，且具有良好的組織穩定性，擴展了非晶涂層的應用范圍。

技術領域

本發明屬于高熵合金涂層材料領域，具體為一種非晶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組織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。而在高熵合金基礎上衍生出的高熵合金涂層同樣具有優異于傳統合金涂層的性能，例如力學性能、耐腐蝕性、耐磨性、抗氧化性及抗輻照性能等。

高熵合金涂層在制備的過程中，除了“高熵效應”外，極快的冷卻速度也使得涂層傾向于形成單一的FCC、BCC、HCP固溶體結構，甚至是非晶相，且獲得的組織相比于塊體高熵合金更加均勻。

非晶合金由于其長程無序、短程有序的原子堆垛結構，而具有較高的屈服強度、硬度和彈性極限，較低的彈性模量，同時還因其沒有晶體材料的晶界、位錯、晶格畸變等缺陷，在結構上更加均勻，不容易發生由于不均勻性而誘發的腐蝕，具有更好的抗腐蝕性能。然而，非晶合金在熱力學上處于亞穩態，受熱時會發生晶化，這種晶化使得非晶合金原有的結構和性能消失，從而影響到非晶合金的工程應用。因此，研發一種高性能、高熱穩定性且兼具高熵合金和傳統非晶合金綜合特點的非晶難熔高熵合金涂層及其制備方法具有重要的應用價值。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明旨在提出一種非晶難熔高熵合金涂層及其制備方法，所制備的非晶難熔高熵合金涂層具有均勻的微觀組織、良好的抗腐蝕氧化性能以及優異高溫組織穩定性和力學性能。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種非晶難熔高熵合金涂層，該合金涂層的化學成分為TaWMoCrZr，組織結構為完全無序非晶態。

優選的，所述TaWMoCrZr非晶難熔高熵合金涂層，Ta、W、Mo、Cr四種元素原子百分數之比為1:1:1:1，Zr元素的原子百分數為23.2～41.3at.％。

優選的，涂層厚度為3.5～5μm。

優選的，所述TaWMoCrZr非晶高熵合金涂層的納米壓痕硬度為10～11GPa，楊氏模量為118～136GPa。

一種非晶難熔高熵合金涂層的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、采用磁控濺射共濺射方法在基體上制備TaWMoCrZr非晶難熔高熵合金涂層，濺射方法如下：

采用TaWMoCr合金靶和Zr靶進行共濺射，TaWMoCr合金靶的直流功率為100W，所述Zr靶的射頻功率100～200W；

步驟2、將基體冷卻至室溫得到TaWMoCrZr非晶難熔高熵合金涂層。

非晶難熔高熵合金涂層所述TaWMoCr原子百分比為Ta:W:Mo:Cr＝29:29:23:19at.％。

非晶難熔高熵合金涂層步驟1中采用兩個TaWMoCr合金靶進行和一個Zr靶共濺射。

非晶難熔高熵合金涂層步驟1制備TaWMoCrZr非晶難熔高熵合金涂層時，沉積氣壓0.3Pa，基盤轉速15r/min，沉積時間18800秒。

非晶難熔高熵合金涂層在步驟1前對基體進行清洗和真空刻蝕。

非晶難熔高熵合金涂層所述基體為鋼基體或單晶硅基體。