多层膜结构制造技术

本发明专利技术公开一种多层膜结构，由一高熵材料膜层与一非高熵材料膜层交互堆栈而成；该多层膜结构至少包含两层高熵材料膜层，且该多层膜结构的一总纳米压痕硬度至少为10GPa。由于现有多层镀膜系统所包含的膜层都属于非高熵材料，导致多层镀膜系统的材料组成设计上受到限制；有鉴于此，本发明专利技术特别将至少两个高熵材料膜层与其它非高熵材料膜层相互堆栈，或者至少两个高熵材料膜层相互堆栈，借此方式形成可被镀于一工件基材表面的一种多层膜结构。由于此多层膜结构具有能够阻碍裂缝扩张与应变变形的层间界面，因此能够提升工件基材表面的硬度与韧性。另外，利用膜层间光学的干涉，此多层膜结构可以产生不同的色彩，借以改善或改变工件基材表面的外观颜色。

multilaminar structure

The invention discloses a multilayer film structure, which is composed of a high entropy material film layer and a non high entropy material film stack, which contains at least two layers of high entropy material film, and the total nano indentation hardness of the multilayer film structure is at least 10GPa. As the layers contained in the existing multilayer coating system belong to the non high entropy material, the material composition of the multilayer coating system is limited. In the light of this, the invention particularly stacked at least two high entropy material layers and other non high entropy material layers, or less two high entropy material layers stacked with each other. In this way, a multilayer structure that can be plated on the surface of a workpiece substrate is formed. Because the multilayer structure has interlayer interface which can prevent crack propagation and strain deformation, it can enhance the hardness and toughness of the surface of the workpiece substrate. In addition, by using optical interference between layers, the multilayer structure can produce different colors, so as to improve or change the appearance color of the surface of the workpiece substrate.

【技术实现步骤摘要】
多层膜结构
本专利技术关于表面改质(surfacemodification)的
，尤指用以镀覆于材料表面以改善材料的物理性质与机械特性的一种多层膜结构。
技术介绍
表面处理技术通常被应用在改善材料的表面性质，例如外观、物理性质以及耐蚀、硬度、耐摩擦等机械特性。表面处理技术包括机械式表面处理、气相沉积法(chemicalvapordeposition,CVD)、真空蒸镀法(vacuumevaporationdeposition)、溅镀法(sputterdeposition)、电弧气相沉积法(arcvapordeposition)、与离子镀覆法(ionplating)。举例而言，氮化钛(TiN)、碳化钛(TiC)、氮碳化钛(TiCN)、与氧化铝(Al2O3)等硬膜已被应用为刀具的表面镀膜，用以提高刀具的寿命。另一方面，由铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、前述任两者或以上的合金所制成的金属镀膜因为具有光泽、高耐蚀性、良导电性、以及电磁波屏蔽等特性，是故常被应用作为装饰性或功能性的表面镀膜。目前，材料表面性能的改良技术已被先进工业化国家列为科技发展的重点项目，原因在于表面处理技术除了可以增加材料的美观外，更同时能防锈、防蚀，及提高机械性质，使材料寿命延长。然而，随着科技的高度发展，机械、模具、汽车、航天、核能等工业的零组件全部被要求高质量化以及高机能化，因此对材料的表面改质、硬化技术的要求于是日益升高，导致单层镀膜越来越难满足对抗高应力的磨耗及剧烈化学腐蚀的高耐蚀性；同时，传统单层镀膜常见的银白、银灰、黑、蓝灰、黑紫、古铜、浅金、黄金色等也无法满足更多元的色彩需求。有鉴于此，由不同材料的交替堆栈而成的多层膜结构于是被开发并提出。多层膜具有能够阻碍裂缝扩张与应变变形的层间界面，因此相较于传统单层镀膜显示出高硬度与高韧性的优势。另外，利用膜层间光学的干涉，多层膜还可以产生不同的色彩。常用以制备多层膜的材料包括：合金膜以及例如氮化物膜、碳化物膜、碳氮化物膜、与氧化物膜等化合物膜。即使多层膜相较于传统单层镀膜显示出高硬度与高韧性的优势，多层膜于材料组成的设计上仍受到许多限制。传统合金膜的组成上通常包括一种主要金属元素成分，例如：中国台湾专利号I451965揭示一种锆基金属玻璃作为一钛合金的表面镀膜，以提升该钛合金的疲劳性质，其中所述锆基金属玻璃可以是Zr50Cu27Al16Ni7。另一方面，传统化合物膜为由1-3个金属或类金属元素与碳(C)、硼(B)、氮(N)、或氧(O)化合而成的碳化物、硼化物、氮化物、或氧化物。典型的化合物膜包括TiC、TiCN、(Ti,Al)N、TiAlCN、(Ti,Zr)N、(Ti,Al,V)N、(Ti,Nb)N、(Ti,Al,Zr)N、Al2O3等。有鉴于此，为了进一步地增进镀膜的组成方式、功能性、机械特性、以及使用寿命，本申请凭借长期研究合金材料的经验而极力地加以研究专利技术，目的在于开发出不同于现有多层膜材料的表面镀膜，即为本专利技术一种多层膜结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多层膜结构，将至少两种高熵材料膜层与其它非高熵材料膜层相互堆栈，或者至少两个高熵材料膜层相互堆栈，借此方式形成可被镀于一工件基材的表面一种多层膜结构。为了达成上述本专利技术的主要目的，本申请提供所述多层膜结构的一实施例，其结构上由一高熵材料膜层与一非高熵材料膜层交互堆栈而成；其中，该多层膜结构至少包含两层高熵材料膜层，且该多层膜结构的总纳米压痕硬度至少为10GPa。于上述本专利技术的多层膜结构的一实施例中，该非高熵材料膜层选自包含于下列群组之中的任一种膜层：非高熵纯金属膜层、非高熵合金膜层、非高熵氮化物膜层、非高熵碳化物膜层、非高熵硼化物膜层、非高熵类钻膜层、非高熵氮氧化物膜层、非高熵碳氮化物膜层、非高熵氧化物膜层、非高熵碳氧化物膜层、与其它非高熵陶瓷膜层。于上述本专利技术的多层膜结构的一实施例中，该高熵材料膜层选自包含于下列群组之中的任一种膜层：高熵合金膜层、高熵氮化物膜层、高熵碳化物膜层、高熵氮氧化物膜层、高熵碳氮化物膜层、高熵氧化物膜层、高熵碳氧化物膜层、与其它高熵陶瓷膜层。并且，为了达成上述本专利技术的主要目的，本申请又提供所述多层膜结构的另一实施例，其结构上由一第一高熵材料膜层与一第二高熵材料膜层交互堆栈而成；其中，该多层膜结构的堆栈层数为至少两层，且该多层膜结构的总纳米压痕硬度至少为10GPa。于上述本专利技术的多层膜结构的另一实施例中，该第一高熵材料膜层与该第二高熵材料膜层系选自包含于下列群组的中的任一种膜层：高熵合金膜层、高熵氮化物膜层、高熵碳化物膜层、高熵氮氧化物膜层、高熵碳氮化物膜层、高熵氧化物膜层、高熵碳氧化物膜层、与其它高熵陶瓷膜层。不同于现有的多层镀膜系统所包含的合金层或化合物膜层的组成通常必须包括一种主要金属或类金属元素成分因而导致多层镀膜系统的材料组成设计上受到限制，本专利技术的主要目的在于将至少两种高熵材料膜层与其它非高熵材料膜层相互堆栈，或者至少两个高熵材料膜层相互堆栈，借此方式形成可被镀于一工件基材的表面一种多层膜结构。由于此多层膜结构具有能够阻碍裂缝扩张与应变变形的层间界面，因此能够提升工件基材表面的硬度与韧性。另外，利用膜层间光学的干涉，此多层膜结构可以产生不同的色彩，借以改善或改变工件基材表面的外观颜色。除此之外，基于高熵材料具备纳米化、非晶化、高固溶强化、热稳定性、抗氧化及耐腐蚀等优点，选择适当的高熵材料层更可以增进此多层膜结构的特性及功能，进而供不同应用的需求。附图说明图1为显示多层膜结构的第1样品的侧面剖视图；图2为显示多层膜结构的第2样品的侧面剖视图；图3为显示多层膜结构的第3样品的侧面剖视图；图4为显示多层膜结构的第4样品的侧面剖视图；图5为显示多层膜结构的第5样品的侧面剖视图；图6为显示多层膜结构的第6样品的侧面剖视图；图7为显示多层膜结构的第7样品的侧面剖视图；图8为显示多层膜结构的第8样品的侧面剖视图；图9为显示多层膜结构的第9样品的侧面剖视图；图10为显示多层膜结构的第10样品的侧面剖视图；图11为显示多层膜结构的第11样品的侧面剖视图；图12为显示多层膜结构的第12样品的侧面剖视图。其中，附图标记：<本专利技术>1A第1样品2工件基材11高熵合金膜层12金属氮化物膜层1B第2样品13高熵氮化物膜层1C第3样品14高熵碳化物膜层1D第4样品15金属氧化物膜层1E第5样品16纯金属膜层1F第6样品17复合金属氮化物膜层18金属碳化物膜层1G第7样品1H第8样品19高熵氧化物膜层1I第9样品10高熵碳氮化物膜层1J第10样品1z高熵氮氧化物膜层1K第11样品1y高熵碳氮氧化物膜层1L第12样品具体实施方式为了能够更清楚地描述本专利技术所提出的一种多层膜结构，以下将配合图式，详尽说明本专利技术的较佳实施例。不同于传统合金的组成上通常包括一种主要元素成分，高熵合金(high-entropyalloy,HEA)的新观念于文献一之中被提出。于此，文献一指的是：Yehet.al,“NanostructuredHigh-entropyAlloyswithMulti-PrincipalElements—NovelAlloyDesignConceptsa本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镀于工件基材表面的多层膜结构，其特征在于，由一高熵材料膜层与一非高熵材料膜层交互堆栈而成；该多层膜结构至少包含两层高熵材料膜层，且该多层膜结构的一总纳米压痕硬度至少为10GPa。

【技术特征摘要】
1.一种镀于工件基材表面的多层膜结构，其特征在于，由一高熵材料膜层与一非高熵材料膜层交互堆栈而成；该多层膜结构至少包含两层高熵材料膜层，且该多层膜结构的一总纳米压痕硬度至少为10GPa。2.根据权利要求1所述的多层膜结构，其特征在于，该非高熵材料膜层选自包含于下列群组之中的任一种膜层：非高熵纯金属膜层、非高熵合金膜层、非高熵氮化物膜层、非高熵碳化物膜层、非高熵硼化物膜层、非高熵类钻膜层、非高熵氮氧化物膜层、非高熵碳氮化物膜层、非高熵氧化物膜层、非高熵碳氧化物膜层、与其它非高熵陶瓷膜层。3.根据权利要求1所述的多层膜结构，其特征在于，该高熵材料膜层选自包含于下列群组之中的任一种膜层：高熵合金膜层、高熵氮化物膜层、高熵碳化物膜层、高熵氮氧化物膜层、高熵碳氮化物膜层、高熵氧化物膜层、高熵碳氧化物膜层、与其它高熵陶瓷膜层。4.根据权利要求1所述的多层膜结构，其特征在于，该非高熵材料膜层与该高熵材料膜层利用物...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶均蔚，
申请(专利权)人：叶均蔚，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71