[发明专利]一种VAlTiCrSi高熵合金薄膜及其在海水环境下的应用

说明书

本发明提供一种VAlTiCrSi高熵合金薄膜。该薄膜中含有14～15％的V、12～13％的Al、12～13％的Ti、29～30％的Cr、30～31％的Si，是利用磁控溅射技术在基体表面沉积而获得，呈非晶结构。该薄膜具有高硬度与优异的耐腐蚀性能，可用于海水等环境下的基体防护。

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种VAlTiCrSi高熵合金薄膜及其在海水环境下的应用。

背景技术

随着海洋发展战略的制定和实施，海洋国防已经成为现代国家安全的重中之重。先进的海洋装备，是加强海洋国防力量的重要保障，也是发展海洋经济的必要支撑。但由于海洋环境的特殊性，海洋装备零部件的损伤程度远远的高于陆地环境，其服役寿命大幅度缩减，尤其是水下作业机器手、海水液压传动系统、海水泵等工作在海水环境中的装备。

针对海洋腐蚀问题，传统海洋用材料多采用不锈钢、钛合金、工程陶瓷以及聚合物等耐腐蚀材料。但不锈钢和钛合金在海水中耐磨性差，工程陶瓷耐冲击性和加工成型性能差，聚合物硬度强度低。表面涂层技术是提高材料表面性能的重要手段之一，用极少量的材料赋予零件和构件表面耐磨、耐腐蚀、耐热、耐疲劳等特殊性能。近年来，表面改性防护涂层技术已经成为海水摩擦副零部件强化和耐腐蚀的重要手段，是提高海洋装备稳定性和服役寿命最为可行的技术途径。

传统的以一种或两种元素、化合物为主元的合金体系经过人们长期的研究已经趋于成熟、饱和。传统金属材料的性能在生产生活上已经不能满足人们需求。在此背景下，高熵合金应运而生，高熵合金在热稳定性、力学等领域表现优异。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种基体表面的多组元合金薄膜，其具有高硬度与优异的耐腐蚀性能，可用于海水等环境下的基体防护。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：一种VAlTiCrSi高熵合金薄膜，选用耐腐蚀性元素V、Al、Ti、Cr、Si，控制各元素的原子百分含量如下：

V：14～15％

Al：12～13％

Ti：12～13％

Cr：29～30％

Si：30～31％

并且，利用磁控溅射技术在基体表面沉积该VAlTiCrSi薄膜，一方面由于各元素原子之间的尺寸差异大而容易造成晶格畸变，另一方面在溅射过程中由于冷却速度快而来不及形成晶体，因此利用该方法得到的VAlTiCrSi薄膜呈非晶态。

作为优选，所述的VAlTiCrSi高熵合金薄膜的厚度为1μm～20μm，进一步优选为1μm～10μm。

所述的基体材料不限，包括不锈钢等金属材料，例如304不锈钢、316不锈钢等。

作为一种制备方法，磁控溅射复合靶，在清洗后的基体表面沉积得到所述的VAlTiCrSi高熵合金薄膜，其中所述复合靶选用V靶材、Al靶材、Ti靶材、Cr靶材、Si靶材构成，在垂直方向将该五种靶材层叠排列形成一个靶周期，所述复合靶在垂直方向包括至少一个所述靶周期。

作为优选，各靶材含量为99.9％以上。

作为优选，所述周期靶中，自上至下依次为V靶材、Al靶材、Ti靶材、Cr靶材、Si靶材。

作为优选，一个靶周期中，V靶材厚度为5mm～50mm。

作为优选，一个靶周期中，Al靶材厚度为5mm～50mm。

作为优选，一个靶周期中，Ti靶材厚度为5mm～50mm。

作为优选，一个靶周期中，Cr靶材厚度为5mm～50mm。