[发明专利]一种NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜及其制备方法，Al的原子百分数为2.4‑19.4at.％，其余为等原子比的NbMoTaW。在单面抛光的单晶硅基体上采用磁控溅射共溅射的方法制备NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜，其中NbMoTaW合金靶采用直流电源，Al靶采用射频电源；本发明通过控制沉积功率来调整NbMoTaWAl高熵合金薄膜中Al的含量，不易造成靶材元素的团聚和反溅射现象，使微观组织均匀。沉积结束后基体在高真空镀膜室充分冷却得到NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜，所得薄膜成分均匀，组织致密；Al的适当加入可以有效提高NbMoTaW高熵合金薄膜的力学性能和抗氧化性能。

技术领域

本发明属于金属表面改性领域，具体为一种NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜及其制备方法。

背景技术

高熵合金作为一种新兴的合金概念，近年来受到了广泛的关注并引领了其发展趋势。高混合熵使其具有较低的自由能和较高的相稳定性，倾向于形成单相固溶体，或仅含有少量金属间化合物相和亚稳态粒子的单相合金。这种多组元固溶体具有较大的原子溶解度，能有效抑制金属间化合物的形成，因而使其具有很高的强度，以及优良的耐蚀性、塑性、抗高温氧化性和耐辐照性，可在宽温度范围内应用。

NbMoTaW难熔高熵合金具有单相的BCC结构，各组元均为高熔点重金属元素，可以在1600℃保持较高的强度，具有优异的高温力学性能和组织结构稳定性；且各组元元素之间原子半径接近，点阵失配较小，无明显的点阵驰豫效应；各组元元素的扩散系数低，高温下能够表现出良好的阻扩特性和抗蠕变变形能力，有望成为铅冷快堆用F/M钢包壳的理想涂层材料。

虽然高熵合金的力学性能较一般材料具有明显的优势，但是在一些特定的使用条件下，其力学性能还是不能满足使用要求，因此需要对高熵合金的力学性能进一步提升。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜及其制备方法，所制备的NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜具有均匀的微观组织和优异的力学性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜，原子百分比为：Al 2.4～19.4at.％，其余为等原子比的NbMoTaW。

优选的，薄膜厚度为1.0～4.0μm。

优选的，所述高熵合金薄膜的晶粒为柱状纳米晶。

优选的，所述NbMoTaWAl高熵合金薄膜的纳米压痕硬度为11.0～15.0GPa。

一种NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对基体表面进行超声清洗并烘干；

步骤2：在真空条件采用磁控溅射共溅射方法在基体上制备NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜；

所述NbMoTaW合金靶NbMoTaW合金靶采用直流电源进行溅射，功率为200W，Al靶采用射频电源进行溅射，功率13～130W，沉积温度为150℃；

步骤3：将步骤2得到的样品进行真空冷却，得到NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜。

优选的，步骤1中所述清洗烘干处理的方法具体如下：

将抛光的基体在丙酮和酒精中依次超声清洗10分钟，然后烘干。

优选的，步骤2中所述抽真空至背底真空度小于4.0×10^-4Pa。

优选的，所述NbMoTaW合金靶纯度99.9wt.％所述Al靶纯度99.9wt.％，

优选的，所述磁控溅射共溅射的沉积气压0.3Pa，基盘转速15r/min，沉积时间10000s。