[发明专利]熵稳定陶瓷薄膜涂层，其制备方法以及涂覆有该涂层的元件

说明书

本发明公开了一种制备熵稳定陶瓷薄膜涂层的方法，包括制备由多种金属元素形成的第一层，以及使第一层与阴离子反应从而将第一层的至少一部分转变成第二层。本发明还公开了一种熵稳定陶瓷薄膜涂层以及涂覆有熵稳定陶瓷薄膜涂层的元件。

技术领域

本发明涉及熵稳定陶瓷薄膜涂层，其制备方法以及涂覆有该涂层的元件。

背景技术

熵稳定陶瓷具有优越的物理和机械性质。当前制造方法限于添加剂法，例如溅射、激光熔覆、雾化喷雾热解或高温烧结工艺。然而，这种制造方法具有几个无法克服的局限性。例如，这些熵稳定陶瓷技术通常需要昂贵的设备，例如真空，保护气体或复杂的控制系统。另外，这些技术仅提供具有低均匀性的小面积制造、小规模生产，并且实际上制造过程非常繁琐。因此，熵稳定陶瓷仅适用于几种熵稳定合金，并且不适合于商业化。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种制备熵稳定陶瓷薄膜涂层的方法，包括以下步骤：

a)制备由具有多种金属元素的原材料形成的第一层；以及

b)使第一层与阴离子反应，从而将第一层的至少一部分转变成第二层。

在一个实施例中，第一层被布置为以由上而下的方式与阴离子反应。

在一个实施例中，以近似相等的原子比提供原料。

在一个实施例中，原材料选自钛，铝，钒，铁，钴，镍，铬和铌。

在一个实施例中，第二层紧密地结合到第一层。

在一个实施例中，步骤b)还包括在第一层和第二层之间形成介孔结构的步骤。

在一个实施例中，薄膜的物理性质与介孔结构的形态有关。

在一个实施例中，介孔结构的孔径尺寸为10至50nm。

在一个实施例中，第一层包括熵稳定合金。

在一个实施例中，熵稳定合金选自TiAlV,TiAlVCr,FeCoNi和TiAlVNbCr。

在一个实施例中，步骤b)还包括用阴离子对第一层进行阳极氧化的步骤以形成第二层。

在一个实施例中，在阳极氧化的电场下将阴离子掺入到第一层的晶格中以形成第二层。

在一个实施例中，阴离子包括氧阴离子。

在一个实施例中，第二层包括氧化物。

在一个实施例中，通过阳极氧化电势，电解质的类型，电解质的浓度和阳极氧化的持续时间中的至少一项来控制薄膜的物理性质。

在一个实施例中，阳极氧化电势为10至100V。

在一个实施例中，电解质包括酸溶液。

在本发明的另一方面，提供了根据本文所述方法制备的熵稳定陶瓷薄膜涂层。

在一个实施例中，硬度在9至14GPa之间。

在一个实施例中，折减模量在140至190GPa之间。

在本发明的又一方面，提供了一种涂覆有本文所述的熵稳定陶瓷薄膜涂层的元件。

附图说明

参照示出本发明的可能布置的附图方便进一步描述本发明。本发明的其他布置是可能的，并且因此附图的特殊性不应被理解为取代本发明的先前描述的一般性。

图1示出了在本发明的一个示例性实施例中用于制备熵稳定陶瓷反应中的熵稳定合金、阴离子和熵稳定陶瓷；

图2a是一组灰度的光学照片，描绘了所施加的阳极氧化电势为10至100V；