[发明专利]一种ZrMoTaW难熔多主元合金薄膜及其高通量制备方法

说明书

一种ZrMoTaW难熔多主元合金薄膜及其高通量制备方法，属于薄膜制备技术领域。该ZrMoTaW难熔多主元合金薄膜，包括的元素及各个元素的原子百分比为：W 5～85％、Mo5％～85％、Ta 5％～85％、Zr 5％～85％。该方法工艺简单、成本低、沉积速率快，可在短时间内通过一次实验不需要进行额外靶材更换操作，就可以制备出组分呈连续渐变式梯度分布的四元高通量薄膜，获得成百上千个材料成分，进而可以对成百上千个多元素材料体系做更全面的检测实验研究，并可以根据应用的需求选出最优成分组合。

技术领域

本发明涉及薄膜制备技术领域，具体涉及一种ZrMoTaW难熔多主元合金薄膜及其高通量制备方法。

背景技术

高熵合金是近年来采用多主元混合引入“化学无序”获得的新型合金材料，在材料领域引起了一股研究热潮。其中，三元体系称为中熵合金(MEA)，四元或五元体系称为高熵合金(HEA)，并且每种元素的含量在5％-35％之间，最常见的是等摩尔比混合的高熵合金。这种合金设计方式会充分提高合金系统中的熵值，因此被称为高熵合金。高熵合金具有一系列优异性能，例如较高强硬度、耐磨及耐腐蚀性能等。

以难熔金属元素为基础的难熔高熵合金近年来大受关注，含三种及以上的难熔金属组成的高熵合金称为难熔高熵合金，也称为难熔多主元合金，由于难熔金属的熔点均较高，因此难熔高熵合金表现出了较好的高温力学性能，受到大众欢迎，有望取代传统的高温合金。

目前，难熔高熵合金的制备方法主要包括电弧熔炼法和机械合金化法，且难熔合金的熔点高，制备困难，成百上千个材料成分组合的制备和测试实验需要花费大量的时间和成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种ZrMoTaW难熔多主元合金薄膜及其高通量制备方法，该方法工艺简单、成本低、沉积速率快，可在短时间内获得成百上千个材料成分，进而可以对成百上千个多元素材料体系做更全面的检测实验研究，并可以根据应用的需求选出最优成分组合。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种ZrMoTaW难熔多主元合金薄膜，包括的元素及各个元素的原子百分比为：W 5～85％、Mo 5％～85％、Ta 5％～85％、Zr 5％～85％。

每种元素在薄膜的不同位置原子百分比不同，呈现散射状梯度分布变化。

更优选为ZrMoTaW难熔多主元合金薄膜，包括的元素及各个元素的原子百分比为：W5～35％、Mo 5％～35％、Ta 5％～35％、Zr 5％～35％。

所述的ZrMoTaW难熔多主元合金薄膜，薄膜厚度≥1μm，更优选为1～2μm。

本发明的ZrMoTaW难熔多主元合金薄膜的高通量制备方法，通过磁控溅射镀膜设备，在直流电流作用下沉积形成渐变式梯度分布的四元高通量薄膜。

具体包括以下步骤：

(1)将W、Mo、Ta、Zr四个元素分别制成对应的单质靶材；

(2)将磁控溅射基体置于基盘上，在磁控溅射基体上方设置有带有多个孔洞区域分布的掩膜版，将磁控溅射基体随基盘送入至于磁控溅射镀膜设备的镀膜室中，在磁控溅射镀膜设备的镀膜室内设置有4个靶枪，将4个单质靶材放入对应靶枪后，置于基盘上方，抽真空；

(3)向磁控溅射镀膜设备的镀膜室内通入氩气，并将四个单质靶材分别接入直流电源，通过氩离子轰击靶材表面进行预处理，得到预处理后的靶材；

(4)采用预处理后的靶材进行磁控溅射共溅射沉积，沉积结束后，随炉冷却至室温，得到ZrMoTaW难熔多主元合金薄膜。

作为优选，所述的步骤(1)中，W靶材的质量纯度≥99.9％，Mo靶材的质量纯度≥99.9％，Ta靶材的质量纯度≥99.9％，Zr靶材的质量纯度≥99.9％。