[发明专利]一种高熵金属玻璃薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于金属玻璃薄膜技术领域，特别涉及一种高熵金属玻璃薄膜及其制备方法和应用。本发明提供的高熵金属玻璃薄膜包括高熵难熔金属元素和贵金属元素；所述贵金属元素与任一高熵难熔金属元素的混合焓大于任两种高熵难熔金属元素的混合焓；所述高熵金属玻璃薄膜中贵金属元素的原子含量为15～40at.％；所述高熵合金玻璃薄膜包括高熵难熔金属‑贵金属配位非晶玻璃纳米层和贵金属析出非晶玻璃纳米层。本发明在高熵难熔金属体系中引入与各组元金属元素混合焓和原子失配偏差大的贵金属实现薄膜玻璃化转变，最终形成多层的非晶玻璃纳米层，消耗裂纹扩展能量使得高熵金属玻璃薄膜的韧性提高，提高了高熵金属玻璃薄膜的韧性、硬度和耐磨损性能。

技术领域

本发明属于金属玻璃薄膜技术领域，特别涉及一种高熵金属玻璃薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

高熵合金具有高熵效应、慢扩散效应、晶格畸变效应和“鸡尾酒”效应四个典型特征效应，从而具有硬度和强度高、抗疲劳性高、耐腐蚀性高和抗高温氧化性能优异的特点。高熵金属玻璃兼具了高熵合金和金属玻璃的特点，非晶结构的高熵金属玻璃没有位错晶界等晶体合金中常见的缺陷，相较于高熵合金而言，高熵金属玻璃具备更高的力学性能。高熵合金玻璃薄膜可以作为切削刀具、汽车发动机活塞、电子器件外壳的硬质耐磨保护层和油润滑轴承的保护涂层，在军事领域、生物医学、电子工业及航空航天等领域都具有卓越的应用前景。

目前磁控溅射的方法制备的高熵金属玻璃薄膜为单一均质化的非晶玻璃，脆性较大，在受到压力时会产生局部剪切从而导致灾难性的破坏，限制了高熵金属玻璃薄膜在硬质保护层上的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高熵金属玻璃薄膜及其制备方法，本发明提供的高熵金属玻璃薄膜具有硬度高、油摩擦系数低的特点。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高熵金属玻璃薄膜，包括高熵难熔金属元素和贵金属元素；

所述高熵难熔金属元素为Zr、Nb、Hf、Ta和Mo；

所述贵金属元素与任一高熵难熔金属元素的混合焓大于任两种高熵难熔金属元素的混合焓；所述高熵金属玻璃薄膜中贵金属元素的原子含量为15～40at.％；

所述高熵合金玻璃薄膜含非晶玻璃纳米层；所述非晶玻璃纳米层包括高熵难熔金属-贵金属配位非晶玻璃纳米层和贵金属析出非晶玻璃纳米层。

优选的，所述贵金属元素包括Pt。

优选的，所述高熵难熔金属元素中Zr、Nb、Hf、Ta和Mo的摩尔比为(5～35)：(5～35)：(5～35)：(5～35)：(5～35)。

优选的，所述高熵金属玻璃薄膜的厚度为1～2μm。

本发明还提供了上述技术方案所述高熵金属玻璃薄膜的制备方法，包括以下步骤：

以ZrNbHfTaMo靶材和贵金属元素靶材在衬底上进行共溅射，在衬底上得到所述高熵金属玻璃薄膜；

所述贵金属元素与ZrNbHfTaMo靶材中任一元素的混合焓大于ZrNbHfTaMo靶材中任两种高熵难熔金属元素的混合焓；衬底温度为200～300℃。

优选的，所述共溅射的条件包括：靶基距独立地为8～12cm，沉积倾角为35°～55°；溅射气体为氩气，所述氩气的流量为50～70sccm。

优选的，所述共溅射中工作压强为0.5～1.1Pa，溅射电流为0.3～0.6A，沉积时间为100～140min。

优选的，所述共溅射中衬底自转；所述衬底自转的速率为60～100r/h。