【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面涂层，具体涉及一种tizrnbta基高熵氮化物涂层及其制备方法。
技术介绍
1、轻质合金(ti、al)由于其低密度、良好的机械性能和易加工性，广泛应用于航空航天、海洋船舶、汽车、电子制造业等领。尤其是对于汽车行业而言，汽车轻量化是其未来的重要发展方向，轻质合金材料的需求在未来将会大大增加。
2、然而在路面砂石冲击、摩擦磨损、酸碱盐腐蚀等苛刻服役环境，钛合金等轻质合金材料的可靠性面临着重大挑战。尤其是汽车底盘零部件如离合器、变速器、传动轴、半轴以及螺丝螺栓、轴承等运动部件受外界环境因素影响容易发生腐蚀和磨损失效，亟需进行有效的表面防护。
3、目前，采用高值化、多功能化、绿色化的pvd表面涂层材料技术，是突破传统金属材料自身性能极限并实现其在苛刻复杂环境下高性能、长寿命、可靠服役的技术途径。
4、目前，二元、三元过渡金属氮化物(tmn)，如tin、crn、craln涂层，由于具有高熔点、热稳定性和高硬度等特点被广泛应用。然而，传统tmn涂层的本征脆性常引起裂纹使其失效，限制了在苛刻环境中的应用。近年来，高熵合金的兴起为高性能表面防护涂层的设计提供了新思路。
5、由五种或五种以上元素以等摩尔比或近等摩尔比的元素构成的多主元成分复杂合金表现出高熵效应、缓慢扩散效应、晶格畸变效应及其性能上的“鸡尾酒效应”。这些效应使其容易形成单相固溶体结构，克服单一元素合金化的局限性，使合金获得优异的综合性能。在高熵合金涂层中引入氮元素能够获得高熵氮化物陶瓷涂层。
6、公开号为
7、目前报道的高熵氮化物涂层主要是疏松粗大的柱状晶结构，且氮化物陶瓷相的本征脆性等问题，使其韧性不足，不能满足高强韧一体化的需求。并且，电弧离子镀等传统氮化物涂层制备方法很难在室温条件下获得致密、强膜基结合的涂层，所制备的涂层无法避免的存在一些缺陷，成为限制其应用的关键技术瓶颈。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种tizrnbta基高熵氮化物涂层，该涂层具有较高的强度和韧性。
2、本专利技术提供了一种tizrnbta基高熵氮化物涂层，所述tizrnbta基高熵氮化物涂层的化学式为tiazrbnbctadmenf，其中m为mo或cr或v或w，各元素的原子百分比为，10≤a≤18，10≤b≤18，10≤c≤18，10≤d≤18，10≤e≤18，10≤f≤50，且a+b+c+d+e+f＝100。
3、本专利技术通过提供较高含量的n元素，使得本专利技术提供的与n具有较高结合强度的金属元素与n元素形成较多的共价键，从而提升了该涂层的力学性能，又由于本专利技术提供高价电子浓度的ta和m元素从而形成多个金属组元，保证了金属键的含量，有助于实现硬质涂层增韧。
4、优选地，所述tizrnbta基高熵氮化物涂层的组织结构为面心立方结构，具有(111)择优取向。
5、由于本专利技术提供的适量的n元素，使得本专利技术提供的涂层的组织为面心立方结构，有利于提供涂层的致密度和硬度，同时抑制裂纹的萌生与扩展，从而提供了本专利技术提供的涂层的硬度、韧性和耐磨性能。
6、并且本专利技术提供的涂层具有(111)择优取向，与其他取向相比，该取向能够抑制裂纹的生长，提供涂层的强度。
7、优选地，所述n元素的原子百分比为，40≤f≤50。在该n元素的含量下，表面涂层的硬度为20—22gpa，在50mn力下径向裂纹的尺寸为3.8—4.2μm，涂层表现出高强韧性其主要原因在于高氮含量促进涂层中单相fcc氮化物相的形成，以及多金属组元的固溶强化作用，同时(111)择优取向能有效抑制裂纹扩展提高其韧性。
8、优选地，所述n元素的原子百分比为，10≤f≤25。在该n元素的含量下，表面涂层的硬度为28—32gpa，在50mn力下径向裂纹的尺寸为3—3.5μm。该氮含量下的tizrnbta基高熵氮化物涂层具有最优的力学性能，其强韧化机制可归因于适量n元素的引入和多组元金属氮化物硬质相的形成所带来的晶粒细化作用和及固溶强化等。
9、优选地，所述高熵氮化物涂层为纳米晶或非晶纳米晶，晶粒尺寸为5－100nm。
10、优选地，所述tizrnbta基高熵氮化物涂层的厚度为1－5μm。在合适厚度下，容易在涂层中生长出(111)取向的晶粒，从而提高涂层的强度和韧性。
11、本专利技术还提供了所述的tizrnbta基高熵氮化物涂层的制备方法，包括：
12、s1、清洗、干燥基体，通过离子化的氩气对干燥后的基体进行等离子体辉光刻蚀处理得到预处理基体；
13、s2、通过直流磁控溅射方法在步骤s1得到的预处理基体表面沉积所述tizrnbta基高熵氮化物涂层，其中，直流磁控溅射靶为tizrnbtam合金靶，工作气体为氮气和氩气的混合气体。
14、本专利技术采用直流磁控溅射技术在室温下制备涂层，可以大幅提高涂层的致密性和均匀性，使涂层表面光滑、结构致密，该方法绿色、节能、无污染，通过调节靶材与工件之间的距离、溅射电流、基体施加偏压以及工作气体流量，控制涂层组分、结构及综合性能。
15、优选地，直流磁控溅射的工艺参数为：直流磁控溅射的功率为1－3kw，测试电流为1－5a，施加的偏压为-300－-50v，溅射时间为60－180min。
16、本专利技术通过提供合适的直流磁控溅射时间，形成合适的涂层厚度，并结合合适的电流和功率，使得在沉积过程中tizrnbtam原子获得足够的迁移能量，进而能够扩散至低表面能位置上形核生长，因此所得涂层表现为(111)面择优取向，能够有效提高涂层的硬度。
17、优选地，工作气体中的氩气流量为10－50sccm，氮气流量为10－50sccm。本专利技术通过控制氮气的流量实现涂层中氮含量和组织结构的控制，从而调控涂层的综合性能。
18、优选地，等离子体辉光刻蚀的工艺参数为：刻蚀时间为5－40min，施加偏压为-300－-100v，线性阳极离子源电流为0.1－0.4a，真空度为2.0×10-5～3×10-5torr，氩气的流量为30－60sccm。
19、本专利技术在沉积高熵氮化物涂层之前对基体进行刻蚀处理，可有效去除基体表面的疏松层和氧化皮，相当于原子级别的微喷丸，使基体表面活化，提高膜基结合强度，也为后续沉积过程提供高效预离化作用。
20、优选地，所述s1中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种TiZrNbTa基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述TiZrNbTa基高熵氮化物涂层的化学式为TiaZrbNbcTadMeNf，其中M为Mo或Cr或V或W，各元素的原子百分比为，10≤a≤18，10≤b≤18，10≤c≤18，10≤d≤18，10≤e≤18，10≤f≤50，且a+b+c+d+e+f＝100。
2.根据权利要求1所述的TiZrNbTa基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述TiZrNbTa基高熵氮化物涂层的组织结构为面心立方结构，具有(111)择优取向。
3.根据权利要求1所述的TiZrNbTa基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述N元素的原子百分比为，40≤f≤50。
4.根据权利要求3所述的TiZrNbTa基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述N元素的原子百分比为，10≤f≤25。
5.根据权利要求1所述的TiZrNbTa基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述高熵氮化物涂层为纳米晶或非晶纳米晶，晶粒尺寸为5－100nm。
6.根据权利要求1所述的TiZrNbTa基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述TiZrNbTa基高
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的TiZrNbTa基高熵氮化物涂层的制备方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的TiZrNbTa基高熵氮化物涂层的制备方法，其特征在于，直流磁控溅射的工艺参数为：直流磁控溅射的功率为1－3kW，测试电流为1－5A，溅射时间为60－180min。
9.根据权利要求7所述的TiZrNbTa基高熵氮化物涂层的制备方法，其特征在于，所述工作气体中的氩气流量为10－50sccm，氮气流量为10－50sccm。
10.根据权利要求7所述的TiZrNbTa基高熵氮化物涂层的制备方法，其特征在于，等离子体辉光刻蚀的工艺参数为：刻蚀时间为5－40min，施加偏压为-300－-100V，线性阳极离子源电流为0.1－0.4A，真空度为2.0×10-5－3×10-5Torr，氩气的流量为30－60sccm。
...【技术特征摘要】
1.一种tizrnbta基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述tizrnbta基高熵氮化物涂层的化学式为tiazrbnbctadmenf，其中m为mo或cr或v或w，各元素的原子百分比为，10≤a≤18，10≤b≤18，10≤c≤18，10≤d≤18，10≤e≤18，10≤f≤50，且a+b+c+d+e+f＝100。
2.根据权利要求1所述的tizrnbta基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述tizrnbta基高熵氮化物涂层的组织结构为面心立方结构，具有(111)择优取向。
3.根据权利要求1所述的tizrnbta基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述n元素的原子百分比为，40≤f≤50。
4.根据权利要求3所述的tizrnbta基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述n元素的原子百分比为，10≤f≤25。
5.根据权利要求1所述的tizrnbta基高熵氮化物涂层，其特征在于，所述高熵氮化物涂层为纳米晶或非晶纳米晶，晶粒尺寸为5－100nm。
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪爱英，杨葳，马冠水，王振玉，陈仁德，王丽，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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