[发明专利]一种自润滑难熔高熵合金薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于耐磨高熵合金技术领域，涉及一种自润滑难熔高熵合金薄膜及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：采用磁控溅射技术先在硅基体上镀一层NbMoWTa层，再以所述NbMoWTa层作为生长模板，交替沉积Ag层与NbMoWTa层形成NbMoWTa/Ag纳米多层膜，且最顶层为NbMoWTa层。本发明提供的制备自润滑难熔高熵合金薄膜的方法，制备得到的薄膜结构致密，镀膜面积大；且该方法简单易操作。

技术领域

本发明属于耐磨高熵合金技术领域，涉及一种自润滑难熔高熵合金薄膜及其制备方法。

背景技术

高熵合金是由多种等原子比或近等原子比的元素混合而成的。高熵合金由于元素种类繁多导致混合熵很高，高熵则间接造成吉布斯自由能降低，不易形成金属间化合物和其他复杂有序相，从而利于形成单相固溶体，凭借这种独特的晶体结构，使得高熵合金具有许多优异的力学性能。难熔高熵合金是由多种难熔金属元素以等原子比或近等原子比混合而成的合金，其具有优异的结构稳定性和高温力学性能，相比于镍基高温合金，难熔高熵合金具有更高的回火抗力，更利于满足复杂工作环境的要求。因此，难熔高熵合金在航空航天、核能、军工、船舶等领域受到了广泛的关注。

然而，在工业领域中摩擦磨损是不可避免的，每年摩擦磨损会造成了大量能源的消耗和经济损失，而且在航空航天、船舶军工等领域中材料的服役环境恶劣，更增加了材料在服役过程中的摩擦磨损失效。虽然通过用常规的润滑油、润滑脂能在一定程度上减轻磨损，但在更高温的环境下这类润滑材料已经不能满足需求。因此，在尖端技术工业领域中对具有优异性能的固体自润滑材料具有巨大的需求。

Ag元素具有相当好的塑形，而且润滑效果显著，因此在具有高硬度高强度的难熔高熵合金NbMoWTa中添加大量的Ag元素，可以显著改善NbMoWTa韧性差的缺点，并且提供良好的润滑效果。然而，难熔高熵合金NbMoWTa的熔点和银的熔点差距较大，传统的合金技术很难制备两者的复合物，而且大量Ag元素的添加普遍会导致硬度强度大幅度降低，不利于材料整体的耐磨性。所以，如何在不损失或损失较少的硬度强度条件下，有效增加合金的塑性和提供良好的润滑效果将是开发耐磨难熔高熵合金的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备自润滑难熔高熵合金薄膜的方法，通过磁控溅射的方式在NbMoWTa难熔高熵合金中加入Ag，制备成多层膜结构，该方法制备的薄膜结构致密、镀膜面积大，为解决NbMoWTa难熔高熵合金硬而脆导致的摩擦性能差提供了一种有效解决方法；且这种薄膜材料的制备方法简单易于操作，通过磁控溅射制备的自润滑难熔高熵合金性能优异，具有在尖端工业领域应用以及商业化生产的前景。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种自润滑难熔高熵合金薄膜的制备方法，包括以下步骤：采用磁控溅射技术先在硅基体上镀一层NbMoWTa层，再以所述NbMoWTa层作为生长模板，交替沉积Ag层与NbMoWTa层形成NbMoWTa/Ag纳米多层膜，且最顶层为NbMoWTa层；

优选地，所述NbMoWTa/Ag纳米多层膜中NbMoWTa层与Ag层的单层厚度均为2.0-2.6nm。

更优选地，所述NbMoWTa/Ag纳米多层膜中NbMoWTa层与Ag层的单层厚度均为2.5nm。

优选地，所述Ag层与所述NbMoWTa层的总层数为710-730层。

优选地，所述磁控溅射技术中沉积速率为NbMoWTa层0.120-0.125nm/s、Ag层0.310-0.315nm/s。

更优选地，所述磁控溅射技术中沉积速率为NbMoWTa层0.123nm/s、Ag层0.312nm/s。

优选地，所述NbMoWTa层采用直流电源溅射，所述Ag层采用射频电源溅射。

优选地，所述硅基体采用清洗后的单面抛光单晶硅基片。