[发明专利]一种高熵超晶格氮化物涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵超晶格氮化物涂层及其制备方法，属于涂层技术领域，该涂层包括周期性交替布置的AlCrTiNbN层和VN层。该涂层的制备方法为：在Ar和Nsubgt;2/subgt;气氛中，使用高功率脉冲磁控溅射的方法溅射Alsubgt;25/subgt;Crsubgt;25/subgt;Tisubgt;25/subgt;Nbsubgt;25/subgt;合金靶和V单质靶，Alsubgt;25/subgt;Crsubgt;25/subgt;Tisubgt;25/subgt;Nbsubgt;25/subgt;合金靶和V单质靶，交替工作。本发明涂层在进一步提升涂层硬度的同时，通过超晶格界面之间的共格应变，增加涂层的断裂韧性和降低涂层残余压应力，另外，AlCrTiNbN层的金属原子比例符合高熵氮化物对金属空位元素的原子比例要求，既符合高熵氮化物的强化标准，也符合超晶格涂层对涂层断裂韧性提高的标准。本发明涂层的制备方法对设备的适用性强，可通过控制溅射脉冲的数量实现膜层纳米级别的调控和各膜层之间厚度比例的精确控制。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，涉及一种高熵超晶格氮化物涂层，还涉及一种高熵超晶格氮化物涂层的制备方法。

背景技术

自高熵合金概念被提出以来，便因其优异的性能受到广泛关注。高熵合金在硬度、耐腐蚀性、耐摩擦磨损性能等方面均优于传统合金。高熵合金性能的提升源于四种基本效应的相互作用，即热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的缓慢扩散效应和性能上的鸡尾酒效应。

将高熵合金中的金属键替换为高键能的共价键或离子键可形成高熵陶瓷材料，如高熵氮化物，可进一步提高材料的硬度、耐磨性和抗氧化性以满足工程和应用需求。高熵氮化物可作为特种功能的硬质涂层应用于工件表面，从而提高工件的整体耐腐蚀性、耐磨性和热稳定性等，且效果高于传统二元或三元氮化物。但是，对于物理气相沉积方法制备的高熵氮化物涂层，由于固有的高晶格畸变效应，高熵氮化物涂层往往存在硬度高，但断裂韧性低和残余应力高的问题，这就导致高熵氮化物涂层在不同的基体上结合强度差异巨大，若涂层沉积过程中对基体加热，涂层往往在冷却过程中脱落，严重限制了高熵氮化物涂层的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高熵超晶格氮化物涂层及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

本发明采取的技术方案为：一种高熵超晶格氮化物涂层，该涂层包括周期性交替布置的AlCrTiNbN层和VN层。

其中，上述涂层的AlCrTiNbN层和VN层的厚度比例关系为：1~7：1。

其中，上述AlCrTiNbN层和VN层的厚度比例关系为：7：1。

其中，上述AlCrTiNbN层的原子比例关系为：Al: Cr: Ti: Nb: N = 7~12: 7~12:7~12: 7~12: 52~65。

其中，上述VN层的原子比例关系为：V: N = 48~52: 48~52。

一种高熵超晶格氮化物涂层的制备方法，该方法为：在Ar和N₂气氛中，使用高功率脉冲磁控溅射的方法溅射Al₂₅Cr₂₅Ti₂₅Nb₂₅合金靶和V单质靶。

其中，使用高功率脉冲磁控溅射的方法溅射Al₂₅Cr₂₅Ti₂₅Nb₂₅合金靶的方法为：负脉冲宽度为10~50 μs，负脉冲频率为1000~2000 Hz，峰值电流为1~2 A/cm²。

其中，使用高功率脉冲磁控溅射的方法溅射V单质靶的方法为：负脉冲宽度为10~50 μs，负脉冲频率为1000~2000 Hz，峰值电流为0.5~1.5 A/cm²。