[发明专利]一种抗疲劳高熵合金薄膜及其制备方法

说明书

本发明利用磁控溅射法制备高熵合金薄膜，然后将其进行液氮深冷处理10次以上得到抗疲劳CoCrFeMnNi高熵合金薄膜；本发明方法制备的CoCrFeMnNi高熵合金薄膜在液氮深冷处理10次以上后其硬度和弹性模量基本不变，硬度为9～9.5GPa，弹性模量为150～155GPa；而疲劳周次可以在原有疲劳寿命的基础上再提高约2～10倍，本发明方法操作简单，成本低廉并能有效提高高熵合金薄膜疲劳性。

技术领域

本发明涉及合金薄膜及其制备技术领域，具体涉及一种抗疲劳CoCrFeMnNi高熵合金薄膜及其制备方法。

背景技术

高熵合金概念由Yeh and Cantor et al.在2004年首次提出，高熵合金的化学组成特征至少包含5个主元，各主元摩尔分数在5％-35％之间。高熵合金由于具有高硬度、高强度、高抗疲劳性、高耐腐蚀性、抗高温氧化等特性，在过去的14年对高熵合金的应用潜力进行了大量研究。目前，高熵合金块材多数采用电弧熔炼进行制备，尺寸受到限制，另外高熵合金主元较多成本较高。因此，在低成本基体表面镀高性能的高熵合金薄膜或涂层越来越受到重视，其中五元的CoCrFeMnNi高熵合金薄膜就是其中之一。单相CoCrFeMnNi高熵合金系统由Cantor等人在2004年首次报道，虽然五种元素具有不同的晶体结构，但合金结构为单相面心立方(fcc)固溶体结构。当前对CoCrFeMnNi高熵合金薄膜研究主要集中在硬度、弹性模量、耐腐蚀性和磁性等方面，而对其疲劳性及其提高措施研究甚少。

经过对现有技术磁控溅射法制备高熵合金薄膜的检索发现，中国专利公告号为:CN 108796444 A、发明名称为:一种高硬度四元难熔高熵合金薄膜的制备方法，采用直流磁控溅射的方法沉积薄膜，得到了表面光滑平整且膜厚均匀的四元难熔高熵合金薄膜，该薄膜由BCC和少量HCP固溶体相构成。中国专利公告号为:CN 108642445A、发明名称为:一种AlCrTaTiZr高熵合金氮化物薄膜及其制备方法，通过磁控溅射工艺在高速钢片或单晶硅片基体表面分层沉积形高熵合金氮化物薄膜，硬度为22.3GPa、弹性模量为248.7GPa，应用在模具和刀具上提高模具和刀具的耐磨性。中国专利公告号为:CN 108588660A、发明名称为:一种刃具用AlCrFeMnNi高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法，通过直流磁控溅射工艺沉积薄膜涂层可减少常规刃具不必要的磨损和消耗，使刃具性能达到最大化，降低刃具成本的同时提高刃具的使用寿命。经对现有技术方案比对，当前采用磁控溅射法制备的高熵合金薄膜主要集中研究薄膜的硬度和弹性模量用于提高刃具等工具的耐磨性，而对高熵合金薄膜的抗疲劳性和提高措施研究甚少。

发明内容

由于高熵合金薄膜在极端环境下的应用越来越多，其中温度的交替变化、外载荷波动等因素都会引起薄膜变形；现有技术主要从材料的制备工艺上来改变材料的结构从而提高材料的疲劳寿命，但是本发明的目的是为了能够解决如何在原有高疲劳寿命的基础上再提高材料的疲劳寿命，而提供一种抗疲劳CoCrFeMnNi高熵合金薄膜及其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种抗疲劳CoCrFeMnNi高熵合金薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)靶材准备：以等原子比的Co₂₀Cr₂₀Fe₂₀Mn₂₀Ni₂₀合金作为靶材；

(2)基体准备：将基体抛光后除杂去污，将基体固定后送入进样室，抽真空以去除基体表面残留的水膜；

(3)预溅射：在溅射腔内清理靶材表面的杂质和氧化物，预溅射过程中通过目镜不断观察电浆的颜色；

(4)传送基体：预溅射完成后升起进样室和溅射腔之间的闸门，将进样室的基体通过传送杆送入溅射腔内，抽出传送杆降落闸门；