一种身管内膛表面的高熵合金薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种身管内膛表面的高熵合金薄膜及其制备方法，对身管内膛基体依次进行超声清洗和等离子清洗；采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶在等离子清洗后的身管内膛基体表面沉积WMoTaNb层；采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶和Si靶在WMoTaNb层上沉积WMoTaNbSi梯度过渡层；采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶和Si靶在WMoTaNbSi梯度过渡层上沉积WMoTaNbSi层，得到高熵合金薄膜；本发明专利技术通过在内膛表面制备高熵合金薄膜来替代原有的Cr涂层，该高熵合金薄膜具有熔点高、热导率低、硬度高、耐磨损和高温稳定性好等优势，可以避免传统电镀Cr涂层存在的易产生热应力裂纹等问题，进而提高身管的使用寿命。进而提高身管的使用寿命。进而提高身管的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种身管内膛表面的高熵合金薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属表面处理
，尤其涉及一种身管内膛表面的高熵合金薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]火炮作为常规战争的压制打击武器，有着不可替代的作用。身管是火炮系统的核心部件，决定着火炮的作战效能。在实现远射程、高初速、高射速的同时，高温、高压、高装药量的内膛环境使得身管寿命问题日益突出。身管在烧蚀、磨损逐渐加重的情况下会引起内膛结构变化，从而使得火炮内弹道性能发生变化(例如初速下降迫使射程下降、甚至出现首发近弹等)。目前，火炮身管烧蚀磨损寿命已成为制约火炮性能发挥的重要因素和关键技术。
[0003]通常，可以通过改变内膛原有结构或在其表面制备涂层来实现内膛结构的稳定。相比于改善身管内膛设计结构、制造工艺及更换材料等传统延寿技术，内膛表面涂层延寿技术是一种有效且经济的手段，通常会采用WMoTaNb难熔高熵合金薄膜来实现火炮身管延寿的目的。
[0004]然而，WMoTaNb难熔高熵合金薄膜虽然具有熔点高、热导率低、热稳定性好等优势，但是，其抗烧蚀性和耐磨性还有待提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种身管内膛表面的高熵合金薄膜及其制备方法，以通过于WMoTaNb高熵合金薄膜中引入Si元素和多层膜复合的方法，有效提高内膛表面涂层的抗烧蚀和磨损性能。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：一种身管内膛表面的高熵合金薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]对身管内膛基体依次进行超声清洗和等离子清洗；
[0008]采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶在等离子清洗后的身管内膛基体表面沉积WMoTaNb层；
[0009]采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶和Si靶在WMoTaNb层上沉积WMoTaNbSi梯度过渡层；其中，沉积过程中Si靶的功率在时间阈值内由0W增加至功率阈值；
[0010]采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶和Si靶在WMoTaNbSi梯度过渡层上沉积WMoTaNbSi层，得到高熵合金薄膜；其中，沉积过程中Si靶的功率恒定、且大于0W。
[0011]进一步地，等离子溅射方法中，WMoTaNb靶采用射频电源供电，Si靶采用直流电源供电。
[0012]进一步地，在WMoTaNbSi层的沉积过程中，Si靶的功率等于功率阈值。
[0013]进一步地，在时间阈值内Si靶的功率线性增加。
[0014]进一步地，功率阈值取值为15～45W。
[0015]进一步地，WMoTaNb层的沉积时间为10～45min。
[0016]进一步地，WMoTaNbSi层的沉积时间为120～450min。
[0017]本专利技术的另一种技术方案：一种身管内膛表面的高熵合金薄膜，采用上述的制备方法制得，包括依次连接的WMoTaNb层、WMoTaNbSi梯度过渡层和WMoTaNbSi层；
[0018]其中，WMoTaNb层与身管内膛基体表面连接，在WMoTaNbSi梯度过渡层中沿WMoTaNb层向WMoTaNbSi层方向Si含量逐渐增高。
[0019]进一步地，高熵合金薄膜厚度为1.5～5.0μm。
[0020]进一步地，WMoTaNb层的厚度为0.1～0.5μm，WMoTaNbSi梯度过渡层和WMoTaNbSi层的厚度为1.4～4.5μm。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在内膛表面制备高熵合金薄膜来替代原有的Cr涂层，该高熵合金薄膜具有熔点高、热导率低、硬度高、耐磨损和高温稳定性好等优势，可以避免传统电镀Cr涂层存在的易产生热应力裂纹等问题，进而提高身管的使用寿命。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1和对比实施例的高熵合金薄膜表面扫描电子显微镜对比图；
[0023]图2为本专利技术实施例1和对比实施例制备得到的难熔高熵合金薄膜在1274K条件下高温氧化2h后的表面扫描电子显微镜对比图；
[0024]图3为本专利技术实施例1和对比实施例制备得到的难熔高熵合金薄膜在2500K条件下烧蚀后的宏观形貌及表面扫描电子显微镜对比图；
[0025]图4为本专利技术实施例和对比实施例制备得到的难熔高熵合金薄膜的磨痕宽度和深度变化曲线图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0027]鉴于身管内膛表面电镀的Cr涂层存在脆性大、易产生热应力裂纹和制备工艺污染环境的顽疾，开发新型涂层来替代传统电镀Cr涂层是目前火炮身管减磨延寿领域亟待解决的问题。
[0028]本专利技术公开了一种身管内膛表面的高熵合金薄膜的制备方法，包括以下步骤：对身管内膛基体依次进行超声清洗和等离子清洗；采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶在等离子清洗后的身管内膛基体表面沉积WMoTaNb层；采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶和Si靶在WMoTaNb层上沉积WMoTaNbSi梯度过渡层；其中，沉积过程中Si靶的功率在时间阈值内由0W增加至功率阈值；采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶和Si靶在WMoTaNbSi梯度过渡层上沉积WMoTaNbSi层，得到高熵合金薄膜；其中，沉积过程中Si靶的功率恒定、且大于0W。
[0029]本专利技术通过在内膛表面制备高熵合金薄膜来替代原有的Cr涂层，该高熵合金薄膜具有熔点高、热导率低、硬度高、耐磨损和高温稳定性好等优势，可以避免传统电镀Cr涂层存在的易产生热应力裂纹等问题，进而提高身管的使用寿命。
[0030]在一个实施例中，等离子溅射方法中，WMoTaNb靶采用射频电源供电，Si靶采用直流电源供电。
[0031]优选的，在WMoTaNbSi层的沉积过程中，Si靶的功率等于功率阈值，功率阈值取值为15～45W。在一个实施例中，在时间阈值内Si靶的功率线性增加。
[0032]在一个实施例中，WMoTaNb层的沉积时间为10～45min。WMoTaNbSi层的沉积时间为120～450min。
[0033]该方法制备的难熔高熵合金薄膜表面平整、结构致密、各元素分布均匀、烧蚀磨损性能好，为替代传统电镀Cr涂层提供了一种有效的解决方案。且该难熔高熵合金薄膜兼具难熔高熵合金和磁控溅射薄膜的优势，在火炮身管减磨延寿领域具有广泛的应用前景。
[0034]本专利技术提供的难熔高熵合金薄膜制备方法，制备得到的薄膜表面平整、结构致密、成分均匀、抗烧蚀磨损性能优异，具有良好的应用前景，且该制备方法操作简单，成本较低，工艺稳定、重复性好，对环境无污染，易于推广应用。
[0035]本专利技术还公开了一种身管内膛表面的高熵合金薄膜，采用上述的制备方法制得，包括依次连接的WMoTaNb层、WMoTaNbSi梯度过渡层和WMoTaNbSi层；其中，WMoTaNb层与身管内膛基体表面连接，在WMoTaNbSi梯度过渡层中沿WMoTaNb层向WMoTaNbSi层方向Si含量逐渐增高，即难熔高熵合金薄膜WMoTaNb本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种身管内膛表面的高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对身管内膛基体依次进行超声清洗和等离子清洗；采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶在等离子清洗后的所述身管内膛基体表面沉积WMoTaNb层；采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶和Si靶在所述WMoTaNb层上沉积WMoTaNbSi梯度过渡层；其中，沉积过程中所述Si靶的功率在时间阈值内由0W增加至功率阈值；采用等离子溅射方法，基于WMoTaNb靶和Si靶在所述WMoTaNbSi梯度过渡层上沉积WMoTaNbSi层，得到所述高熵合金薄膜；其中，沉积过程中所述Si靶的功率恒定、且大于0W。2.如权利要求1所述的一种身管内膛表面的高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，所述等离子溅射方法中，WMoTaNb靶采用射频电源供电，所述Si靶采用直流电源供电。3.如权利要求1或2所述的一种身管内膛表面的高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，在所述WMoTaNbSi层的沉积过程中，所述Si靶的功率等于所述功率阈值。4.如权利要求3所述的一种身管内膛表面的高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，在所述时间阈值内所述Si靶的功率线性增加。5.如权利要求1或4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵文婷，曹丽娜，陈建，杨巍，卢帅丹，何佳华，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：