：本發(fā)明屬于金屬材料表面防護與延壽領(lǐng)域，具體涉及一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

0、
背景技術(shù)：

1、中熵/高熵合金，亦被稱為多主元合金，其獨特之處在于它由多種金屬元素以等原子比例或接近等原子比例組成，每種元素的含量均控制在5％至35％的范圍內(nèi)。中熵/高熵合金獨特的設(shè)計理念使其具有許多優(yōu)異性能，如：高強度、高塑性、高耐磨性、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性、抗氧化性等。然而合金中大量使用的稀有和昂貴元素(如nb、w、cr、v、ni、ti、co等)確實極大地推高了其生產(chǎn)成本，從而限制了其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。為了解決這一難題，研究者們開始探索在低成本的傳統(tǒng)合金基體上制備高熵合金薄膜的可行性。這種方法旨在通過表面改性技術(shù)，將高熵合金的優(yōu)異性能賦予傳統(tǒng)合金，同時保持傳統(tǒng)合金的低成本優(yōu)勢，從而實現(xiàn)高性能與低成本的完美結(jié)合。

2、目前高熵合金薄膜的最廣泛應(yīng)用領(lǐng)域之一便是材料表面改性，以達到延壽和防護效果。隨著人類對大自然的探索不斷深入，從深海到太空，從極地到赤道，各個領(lǐng)域都對材料性能提出了前所未有的挑戰(zhàn)與需求。在極端環(huán)境下，傳統(tǒng)材料往往難以勝任。而機械制造、汽車工業(yè)、能源行業(yè)、航空航天等領(lǐng)域中制作工藝復(fù)雜且需保持高精度服役的機械零部件如：如軸承、齒輪、聯(lián)軸器、連桿、曲軸等對材料的性能提出了更高的要求：

3、1.應(yīng)耐磨并具有較小摩擦系數(shù)，以減少對基體的磨損，且部分零部件如軸承在服役過程中會因摩擦升溫而發(fā)生高溫磨損，需要一定的耐高溫摩擦磨損能力；

4、2.應(yīng)具有足夠的塑性及韌性，以抵抗沖擊和振動；

5、3.由于一些零部件需在腐蝕環(huán)境(如海水)中工作，應(yīng)具有足夠的耐腐蝕性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

0、
技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)不足。該方法所制備薄膜在兼具良好韌性的同時具有優(yōu)良的摩擦學(xué)和腐蝕學(xué)性能。體現(xiàn)出廣泛的適用性，能應(yīng)用于多種材料。薄膜與基材之間的結(jié)合性優(yōu)良，同時提供了出色的厚度控制能力。此外，該制備方法還能實現(xiàn)大面積的鍍膜。

2、一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜的制備方法按下列步驟實現(xiàn)：

3、步驟1：對基體材料依次使用水磨砂紙240#、400#、600#、800#、金相砂紙400#、600#、800#對基體材料單面打磨，之后使用0.25μm的金剛石拋光劑拋光處理。將拋光完成的基體材料和單晶硅片放入超聲清洗機中依次使用石油醚和無水乙醇進行超聲清洗，超聲清洗時間不少于15min，超聲清洗完成后取出用吹風(fēng)機吹干備用。

4、步驟2：將步驟1中處理完成的基體和硅片裝上載物盤，之后將cocrni合金靶、ti：、c靶裝到對應(yīng)的直流電源與射頻電源靶位上，關(guān)閉真空室，抽本底真空至1×10-3pa～3×10-3pa，通入ar氣流量40～50sccm且維持不變，工作氣壓0.5pa～2.5pa，施加-50v偏壓，ti靶功率為40～60w，沉積時間10～15min，沉積過渡層ti。

5、步驟3：沉積過渡層完畢后，同時打開ti靶、cocrni合金靶、c靶電源，ar氣流量40～50sccm且維持不變，工作氣壓0.5pa～2.5pa，施加-50v偏壓，cocrni合金靶功率70～90w，ti靶材功率40～60w，c靶功率50～150w，沉積時間100～120min，沉積中熵合金碳化物薄膜。

6、本發(fā)明的有益效果是：

7、1.本發(fā)明提供一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)不足。

8、2.目前利用高熵合金涂層對材料表面改性常采用激光熔覆作為其制備方法，但激光熔覆涂層一方面厚度普遍較厚，不適合用于較精密零件的防護，另一方面其內(nèi)部具有較大內(nèi)應(yīng)力，容易脫落?；诖?，本發(fā)明提供的制備方法采用磁控濺射技術(shù)，具備廣泛的適用性，能應(yīng)用于多種材料。薄膜與基材之間的結(jié)合性優(yōu)良，同時提供了出色的厚度控制能力。此外，該制備方法還能實現(xiàn)大面積的鍍膜。

9、3.相較于其他制備方法中通過乙炔氣體引入c原子的方式，本發(fā)明通過采用固體c靶的方式引入c原子，避免了h元素對中熵合金薄膜的干擾，可得到更為純凈的中熵合金碳化物薄膜。

10、4.本發(fā)明在中熵合金中引入c原子，一方面通過固溶強化作用提高了薄膜硬度使其耐磨性能得到提高，另一方面摩擦作用下碳原子的擴散使其易于剪切接觸，降低了摩擦系數(shù)。與傳統(tǒng)潤滑材料相比，本發(fā)明提供的中熵合金碳化物薄膜不僅不會對材料表面產(chǎn)生污染，也不會因摩擦過程中產(chǎn)生熱量而發(fā)生損耗。

11、5.本發(fā)明所制備的中熵合金涂層與現(xiàn)有制備方法所制備的防護涂層相比，不僅在具有優(yōu)良耐磨耐蝕性能的同時，而且具備優(yōu)良韌性，綜合性能更為優(yōu)秀。

技術(shù)特征：

1.一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜，其特征在于，中熵合金薄膜中各元素的原子百分比數(shù)為：cr?19％～27％、co?19％～27％、ni?19％～27％、ti?11％～15％、c?8％～27％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜，其特征在于，薄膜的厚度為600nm～800nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜，其特征在于，中熵合金碳化物薄膜的摩擦系數(shù)為0.15～0.5。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜，其特征在于，中熵合金碳化物薄膜的表面致密平整，粗糙度ra＜5.0nm。

5.一種權(quán)利要求1-4所述一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜制備方法，其特征在于，所述步驟1中依次使用水磨砂紙240#、400#、600#、800#、金相砂紙400#、600#、800#對基體材料單面打磨。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜制備方法，其特征在于，步驟1中所述的拋光處理為：使用0.25μm的拋光膏對工件拋光，拋光時長不小于5min，直至表面光滑平整。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜制備方法，其特征在于，步驟1中所述的超聲清洗為，先將基體材料完全浸泡于石油醚中，超聲清洗不小于10min，之后使用無水乙醇對基體材料進行超聲清洗，去除基體表面石油醚及其他雜質(zhì)。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜制備方法，其特征在于，步驟2中所述沉積過渡層之前將腔體本底真空抽至1×10-3pa～3×10-3pa，通入ar氣流量40～50sccm且維持不變，工作氣壓0.5pa～2.5pa，施加-50v偏壓，ti靶功率為40～60w，沉積時間10～15min，沉積過渡層厚度100～150nm。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐腐蝕低摩擦的cocrnitic中熵合金碳化物薄膜制備方法，其特征在于，步驟3中所述沉積cocrnitic中熵合金碳化物薄膜時所用cocrni合金靶為等原子比燒結(jié)而成，通入ar氣流量40～50sccm且維持不變，工作氣壓0.5pa～2.5pa，施加-50v偏壓，cocrni合金靶功率70～90w，ti靶材功率40～60w，c靶功率50～150w，沉積時間100～120min，沉積薄膜厚度600～800nm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種耐腐蝕低摩擦的CoCrNiTiC中熵合金碳化物薄膜及其制備方法。其組成元素為Co、Cr、Ni、Ti和C。采用平面射頻磁控濺射在基體和單晶硅片(100)上制備CoCrNiTiC中熵合金碳化物薄膜，靶材選擇CoCrNi合金靶、Ti靶材、石墨靶，濺射過程中所通氣體為純度99.99％的Ar氣，工作氣壓1.0Pa，沉積時間2h。本發(fā)明通過平面靶磁控濺射制備CoCrNiTiC高熵合金碳化物薄膜，該中熵合金碳化物薄膜厚度在600nm?800nm，SEM顯示薄膜表面均勻平整，無明顯缺陷。且隨著碳含量增加，薄膜摩擦系數(shù)逐步降低，耐腐蝕性增強，韌性得到改善。

技術(shù)研發(fā)人員：姜巍,崔文龍,王麒翔,田向毅,李宗霖,江奕霖
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7