一种中熵合金涂层的强化方法技术

本发明专利技术公开了一种中熵合金涂层的强化方法，包括如下步骤：将需要涂层的构件表面进行处理；将中熵合金靶以及Al靶分别安装在真空磁控溅射镀膜机的两个直流靶位置，将构件作为基体固定于样品台上，当溅射室内真空度达到预定值后，通入氩气，进行预溅射；调节溅射室内的气压，设定溅射功率，进行共溅射涂层；将涂层后的构件加热至1200℃后保温，然后进行淬火处理；再将构件加热至600℃后保温，随炉冷却，实现对中熵合金涂层的强化。本发明专利技术通过磁控溅射将中熵合金及Al靶共溅射至构件表面，通过控制Al靶的溅射功率在保证涂层原有固溶体的基础上形成适量的金属间化合物，并通过固溶处理和时效处理对中熵合金涂层进行有效的强化。处理对中熵合金涂层进行有效的强化。处理对中熵合金涂层进行有效的强化。

【技术实现步骤摘要】
一种中熵合金涂层的强化方法


[0001]本专利技术涉及表面涂层
，特别涉及一种中熵合金涂层的强化方法。

技术介绍

[0002]中熵合金是近年来发展的一种新型金属材料，由三种主元合金组成，具有单一的固溶体相。相对于传统金属材料，中熵合金材料具有良好的强度、硬度及耐磨损性能，媲美甚至优于多数高熵合金和多相合金。在表面处理方面，中熵合金作为涂层材料，可以改善构件的可靠性，可作为一种推广使用的硬质涂层材料。
[0003]磁控溅射是一种物理气相沉积技术，不仅可以进行大面积涂层，而且具有一些其他优点如：制得的涂层表面均匀，涂层与基体的结合力好，同时涂层的质量可以通过控制磁控溅射参数进一步调控，从而对涂层中的元素含量予以有效的控制。
[0004]现有的中熵合金涂层的力学性能在一些特定的使用条件下，仍不能满足使用要求，因此需要对中熵合金涂层的力学性能进一步提升。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种中熵合金涂层的强化方法，通过磁控溅射将中熵合金及Al靶共溅射至构件表面，通过控制Al靶的溅射功率在保证涂层原有固溶体的基础上，形成适量的金属间化合物，并通过固溶处理和时效处理对中熵合金涂层进行有效的强化。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种中熵合金涂层的强化方法，包括如下步骤：
[0008](1)构件处理
[0009]将需要涂层的构件表面依次经打磨、抛光、清洗、烘干，备用；
[0010](2)靶材预处理
[0011]将中熵合金靶以及Al靶分别安装在真空磁控溅射镀膜机的两个直流靶位置；将步骤(1)处理后的构件作为基体固定于样品台上，关闭溅射室，先进行低真空的抽取，当溅射室的腔内气压达到4Pa以下时，再启动分子泵进行高真空的抽取；当溅射室内真空度达到预定值后，通入氩气，进行预溅射，以去除靶材表面的污染物；
[0012](3)共溅射涂层
[0013]调节溅射室内的气压，设定中熵合金靶以及Al靶的溅射功率，进行共溅射涂层；溅射完成后，将构件随炉冷却至室温后取出；
[0014](4)固溶处理
[0015]将涂层后的构件通过真空感应炉加热至1200℃后保温2h，然后进行淬火处理，使中熵合金涂层添加Al元素后所产生的过剩相溶解到固溶体中；
[0016](5)时效处理
[0017]将步骤(4)所处理的构件通过真空感应炉加热至600℃后保温2～8h，随炉冷却，以
析出铝基金属间化合物，实现对中熵合金涂层的强化。
[0018]进一步的，所述构件选自钢制材料、铸铁类材料或其他有色金属类材料。
[0019]进一步的，所述步骤(1)的清洗过程采用超声波依次进行无水乙醇清洗和等离子水清洗。
[0020]进一步的，所述中熵合金靶选自CoCrNi合金靶、FeCoNi合金靶、CrFeNi合金靶、CrNiTi合金靶中的一种；所述Al靶的纯度大于99.9％。
[0021]进一步的，预溅射时的溅射室内的真空度为7
×
10
‑4Pa，预溅射的时间为10min。
[0022]进一步的，步骤(3)中，溅射前的基体温度为100～500℃；溅射室内的气压调节至0.2～0.5Pa；中熵合金靶的溅射功率为100W，Al靶的溅射功率为20～100W；溅射时间为10～60min。
[0023]进一步的，步骤(2)中，通入氩气的流量为50sccm。
[0024]进一步的，固溶处理和时效处理的加热方式为表面加热。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术通过共溅射使氩气在电场作用下电离，电离出的氩离子轰击中熵合金靶以及Al靶的表面，靶材溅射出大量靶材原子，在构件上沉积形成涂层；将涂层后的构件通过真空感应炉表面加热后保温，之后进行淬火处理，促使中熵合金涂层添加Al元素后所产生的过剩相溶解到固溶体中；之后再次加热至较低温度长时间保温进行时效处理，达到中熵合金涂层的强化效果。
[0027]中熵合金中加入Al元素，可以在形成固溶体基础上，产生金属间化合物，从而在固溶强化的基础上形成沉淀强化效果，可进一步提升其耐磨损性能。
[0028]本专利技术采用共溅射法进行中熵合金涂层的制备，一方面保证了涂层的制备质量，另一方面可通过Al靶功率参数的控制有效调控中熵合金涂层中Al的含量和物相组成，防止过多Al的加入导致的Al相富集，从而避免Al相富集对涂层的硬度及耐磨损性能的影响。
[0029]本专利技术结合磁控共溅射以及后续的热处理技术，通过控制Al靶的溅射功率控制中熵合金涂层的成分及组织结构，在此基础上应用固溶处理及时效处理工艺对涂层的结构进一步调控，实现中熵合金涂层的有效强化。
[0030]本专利技术的方法生产工艺可重复性好、沉积速度快、工艺可控性高，所得涂层具有强度、硬度及耐磨损性能优良、致密性高、成膜均匀等优点，易于实现工业化，可用于构件的表面强化处理。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例1中熵合金CoCrNi靶与Al靶共溅射涂层的XRD图谱。
[0032]图2为本专利技术实施例1中熵合金CoCrNi靶与Al靶共溅射涂层表面及截面SEM形貌图；
[0033]图3为本专利技术实施例1的中熵合金CoCrNi靶与Al靶共溅射时不同Al靶溅射功率下的涂层硬度变化。
具体实施方式
[0034]下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能
更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0035]本专利技术提供了一种中熵合金涂层的强化方法，包括如下步骤：
[0036](1)构件处理
[0037]将需要涂层的构件表面依次经打磨、抛光、清洗、烘干，备用；所述构件选自钢制材料、铸铁类材料或其他有色金属类材料；其中的清洗过程采用超声波依次进行无水乙醇清洗和等离子水清洗；
[0038](2)靶材预处理
[0039]将中熵合金靶以及Al靶分别安装在真空磁控溅射镀膜机的两个直流靶位置；将步骤(1)处理后的构件作为基体固定于样品台上，关闭溅射室，先进行低真空的抽取，当溅射室的腔内气压达到4Pa以下时，再启动分子泵进行高真空的抽取；当溅射室内真空度达到预定值后，通入氩气，进行预溅射，以去除靶材表面的污染物；
[0040]其中，中熵合金靶选自CoCrNi合金靶、FeCoNi合金靶、CrFeNi合金靶、CrNiTi合金靶中的一种；Al靶的纯度大于99.9％；预溅射时的溅射室内的真空度为7
×
10
‑4Pa，通入氩气的流量为50sccm，预溅射的时间为10min；
[0041](3)共溅射涂层
[0042]溅射前，将基体温度加热至100～500℃；调节溅射室内的气压至0.2～0.5Pa，设定中熵合金靶的溅射功率为100W，Al靶的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中熵合金涂层的强化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构件处理将需要涂层的构件表面依次经打磨、抛光、清洗、烘干，备用；(2)靶材预处理将中熵合金靶以及Al靶分别安装在真空磁控溅射镀膜机的两个直流靶位置；将步骤(1)处理后的构件作为基体固定于样品台上，关闭溅射室，先进行低真空的抽取，当溅射室的腔内气压达到4Pa以下时，再启动分子泵进行高真空的抽取；当溅射室内真空度达到预定值后，通入氩气，进行预溅射，以去除靶材表面的污染物；(3)共溅射涂层调节溅射室内的气压，设定中熵合金靶以及Al靶的溅射功率，进行共溅射涂层；溅射完成后，将构件随炉冷却至室温后取出；(4)固溶处理将涂层后的构件通过真空感应炉加热至1200℃后保温2h，然后进行淬火处理，使中熵合金涂层添加Al元素后所产生的过剩相溶解到固溶体中；(5)时效处理将步骤(4)所处理的构件通过真空感应炉加热至600℃后保温2～8h，随炉冷却，以析出铝基金属间化合物，实现对中熵合金涂层的强化。2.根据权利要求1所述的一种中熵合金涂层的强化方法，其特征在于：所述构件选自钢制材料、铸铁类材料或其他有色金属类材料。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王弘喆，张磊，崔雄华，杨哲一，崔锦文，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：