[发明专利]一种单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层及其制备方法，涉及表面涂层技术领域。本发明提供的单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层，具有面心立方晶格单一晶型结构；所述单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层中Cr、Zr、V、Ti、Al为等摩尔比或接近等摩尔比；所述Cr、Zr、V、Ti、Al的摩尔分数独立地为8～20％。本发明提供的单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层具有高硬度、高结合力和优异耐磨性能。

技术领域

本发明涉及表面涂层技术领域，具体涉及一种单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

氮化物陶瓷涂层如TiN、CrN、TiAlN、CrAlN、TiAlSiN等，因具有高熔点、高硬度、优异的耐磨性能和高温稳定性能，广泛应用于工具、刀具、模具等机械加工以及航空、航天、核能、冶金等机械装备领域。但随着服役环境和工况条件的不断提高，传统氮化物涂层已经无法满足使用要求，采用高熵概念制备新型氮化物高熵陶瓷涂层受到关注。

氮化物高熵陶瓷涂层是一种由多种金属元素(五种或五种以上)和氮元素固溶为单一晶型的新型陶瓷，具有较高的熵值。与传统氮化物陶瓷涂层相比，氮化物高熵陶瓷涂层具有更高强度、更高硬度、优异的耐磨性和结构稳定性，在机械工程领域中具有更广阔的应用前景。2004年，T.K.Chen等人率先报道了采用直流磁控溅射技术，分别以FeCoNiCrCuAlMn和FeCoNiCrCuAl为合金靶，制备了(FeCoNiCrCuAlMn)N和(FeCoNiCrCuAl)N高熵陶瓷涂层(T.K.Chen,T.T.Shun,J.W.Yeh,M.S.Wong.Nanostructured nitride films of multi-element high-entropy alloys by reactive DC sputtering.SurfaceCoatingsTechnology,2004,188,193-200)，但是涂层的硬度只有11GPa，远低于传统TiN、CrN等涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层及其制备方法，本发明提供的单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层具有高硬度、高结合力和优异耐磨性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层，具有面心立方晶格单一晶型结构；所述单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层中Cr、Zr、V、Ti和Al为等摩尔比或近等摩尔比；所述Cr、Zr、V、Ti、Al的摩尔分数独立地为8～20％。

优选地，所述单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层的厚度为1～6μm。

优选地，所述Cr、Zr、V、Ti、Al的摩尔分数独立地为11～15％。

本发明还提供了上述技术方案所述的单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

采用多弧离子镀在基底表面沉积单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层。

优选地，在沉积所述单相结构(CrZrVTiAl)N高熵陶瓷涂层前还包括：采用多弧离子镀在基底表面沉积CrZrVTiAl过渡层。

优选地，所述多弧离子镀采用的阴极靶材为Cr源靶、Zr源靶、V源靶、Ti源靶和Al源靶；所述Cr源靶包括Cr靶或CrAl靶；所述Zr源靶包括Zr靶或ZrAl靶；所述V源靶包括V靶或VAl靶；所述Ti源靶包括Ti靶或TiAl靶；所述Al源靶包括CrAl靶、TiAl靶、VAl靶和ZrAl靶中的一种或几种。

优选地，所述多弧离子镀的条件包括：气氛包括氮气和氩气，氮气和氩气流量比为1:1～5:1，气压为0.3～0.8Pa，阴极靶材的电流为60～120A，脉冲偏压为-100～-400V。