[发明专利]一种耐磨NbMoWTa/Ag多层膜及其制备方法

说明书

本发明属于耐磨金属薄膜技术领域，涉及一种耐磨NbMoWTa/Ag多层膜及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S1：将基体、NbMoWTa和Ag置入真空沉积环境中，向沉积环境中输入离化气体；S2：打开一号电源，以电源功率90～100W、基体偏压‑75～‑85V、基体转速3～4rpm、沉积速率7.23～7.55nm/s将NbMoWTa沉积在基体上得到NbMoWTa层，沉积至厚度4～5nm后关闭一号电源；S3：打开二号电源，以电源功率90～100W、基体偏压‑75～‑85V、基体转速3～4rpm、沉积速率18.55～18.95nm/s将Ag沉积在NbMoWTa层上得到Ag层，沉积至厚度4～5nm后关闭二号电源；S4：按照S2将NbMoWTa沉积在Ag上；S5：重复S3～S4，制得耐磨NbMoWTa/Ag多层膜。本发明提供的制备方法在提升了膜材料整体耐磨性的同时可使膜材料结构致密，摩擦系数大幅度降低，综合性能更加优良。

技术领域

本发明属于耐磨金属薄膜技术领域，涉及一种耐磨NbMoWTa/Ag多层膜及其制备方法。

背景技术

2004年叶均蔚提出了一种新型合金设计准则，将至少5种元素混合，每种元素的原子分数在5％～35％之间的合金为高熵合金。高熵合金凭借其四大核心效应：高熵效应、鸡尾酒效应、迟滞扩散效应和晶格畸变效应而形成独特的微观结构。就是这种特有的微观结构使得高熵合金具有许多优异的性能：高硬度、高强度、耐高温抗氧化性能、抗辐照性能、耐腐蚀性以及高抗疲劳性能和断裂韧性。而随着核心机械零部件服役工况愈发严苛和复杂，精密部件等对材料性能的要求日益增高，传统金属结构材料的性能难以满足要求。高性能的高熵合金涂层/薄膜可以有效的包裹原有装备的表面，提高装备的服役性能。而且，以往研究表明，纳米结构的薄膜可呈现与块体材料迥异的性能：随着特征尺寸的减小，薄膜材料拥有比块体更高的硬度/强度。因此，高熵合金薄膜受到科研人员的广泛关注。

此外，每年全世界约30％的一次能源因摩擦被损耗，60％的机械零件因磨损而失效，50％的装备事故源自于过度磨损。因此，如何提高现有装备的服役性能这个问题迫在眉睫。高熵合金薄膜在机械、磨损和耐高温等领域具有广阔的应用前景。从高熵合金设计理念中受到启发，结合现代工业对薄膜材料的高强度，耐热方面的需求，由此开发出难熔金属组成的难熔高熵合金薄膜具有解决这方面问题的潜在能力。NbMoWTa难熔高熵合金凭借着高的高温强度，具有发展成为新一代耐磨合金的巨大潜力而受到人们广泛关注。然而，难熔高熵合金薄膜强度虽高但脆性较大，在摩擦中表现出较高的摩擦系数，使其耐磨性很难进一步提升。Ag作为一种润滑元素，添加在NbMoWTa薄膜中将会显著降低其摩擦系数。但常规的耐磨涂层在添加10％润滑相后就会大幅降低材料硬度，不利于耐磨性的提高。所以，如何有效控制耐磨高熵合金薄膜的摩擦系数与磨损率的协同作用，对满足不同装备的不同环境需求具有重要意义。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种耐磨NbMoWTa/Ag多层膜及其制备方法。

本发明提供的一种耐磨NbMoWTa/Ag多层膜的制备方法，其包括以下步骤：

S1：将基体、NbMoWTa合金靶材和Ag靶材放置在沉积环境中，将NbMoWTa合金靶材与一号电源连接，将Ag靶材与二号电源连接，将沉积环境抽至真空，向沉积环境中输入离化气体；其中，NbMoWTa合金靶材中Nb、Mo、W和Ta的摩尔质量比为1:1:1:1；

S2：打开一号电源，以电源功率90～100W、基体偏压-75～-85V、基体转速3～4rpm、沉积速率7.23～7.55nm/min将NbMoWTa合金靶材沉积在基体上得到NbMoWTa合金层，当NbMoWTa合金层厚度为4～5nm后关闭一号电源；

S3：打开二号电源，以电源功率90～100W、基体偏压-75～-85V、基体转速3～4rpm、沉积速率18.55～18.95nm/min将Ag靶材沉积在NbMoWTa合金层上得到Ag层，当Ag层厚度为4～5nm后关闭二号电源；