[发明专利]一种医疗器械用高硬度TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于硬质薄膜技术领域，具体涉及一种医疗器械用高硬度TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜及其制备方法。本发明提供的TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜中N的原子百分比范围为0～60.55at.％，其余为等摩尔比的TiTaCrMoNb。本发明通过限定涂层中元素占比，使得TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜的结构致密，厚度均匀，力学性能优异，硬度、耐磨性能优异。

技术领域

本发明属于硬质薄膜技术领域，具体涉及一种多TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜及其制备方法。

背景技术

材料的摩擦磨损、硬度都与材料的表面状态有关，对材料表面进行处理可以有效提高其耐磨性硬度等性能。与合金化相比，表面处理操作简单，成本更低，用表面改性技术提高钛合金性能已成为研究的热点。

与传统的合金相比，高熵合金(HEAs)通常包括五种及以上的元素种类，各元素之间具有等摩尔比或近等摩尔比，每种元素都是主要元素。高熵效应使得各元素之间原子排列混乱，更易形成面心立方结构(FCC)、体心立方结构(BCC)或密排六方结构(HCP)的固溶体结构，因此，具有高硬度、高耐磨和耐高温氧化等性能。

中国专利CN113151795A涉及了一种NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜及其制备方法，Al的原子百分数为2.4～19.4at.％，其余为等原子比的NbMoTaW。在单面抛光的单晶硅基体上采用磁控溅射共溅射的方法制备NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜，其中NbMoTaW合金靶采用直流电源，Al靶采用射频电源；本发明通过控制沉积功率来调整NbMoTaWAl高熵合金薄膜中Al的含量，不易造成靶材元素的团聚和反溅射现象，使微观组织均匀。沉积结束后基体在高真空镀膜室充分冷却得到NbMoTaWAl难熔高熵合金薄膜，所得薄膜成分均匀，组织致密；Al的适当加入可以有效提高NbMoTaW高熵合金薄膜的力学性能和抗氧化性能。

中国专利CN108796444A涉及了一种高硬度四元难熔高熵合金(TaNbHfZr)薄膜的制备方法，包括以下内容：基体Si片的清洗、吹干并放入进样室进行反溅进一步清洗表面杂质；将基体传至溅射腔，装靶，抽高真空后对基体Si片进行加热并继续抽真空；通氩气并将靶接入直流电源，设置溅射功率和偏压，调整工作气压，预溅射以清理靶材表面的杂质；打开试样盘挡板和自转，开始溅射；结束溅射后使样品在溅射腔真空中冷却至室温后取出；测试该薄膜的纳米压入硬度。然而，上述薄膜仍存在着硬度、耐磨性不足的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种医疗器械用高硬度TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜及其制备方法，本发明提供的TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜的硬度、耐磨性能较高。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种医疗器械用高硬度TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜，所述TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜中N的原子百分比为0～60.55at.％，其余为等摩尔比的TiTaCrMoNb。

优选地，所述TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜的厚度为0.99～4.86μm。

本发明还提供了上述所述的TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将基材依次进行抛光处理、超声清洗和离子清洗，得到清洗后的基材；

氩气-氮气气氛体系下，将TiTaCrMoNb靶通过磁控溅射在所述清洗后的基材表面进行沉积，得到所述TiTaCrMoNbNx高熵合金薄膜；

所述氩气-氮气气氛体系中氩气和氮气的流量比为25:0～25：30。

优选地，所述超声清洗为依次进行酒精超声清洗和丙酮超声清洗；所述超声清洗的频率为15～30kHz。

优选地，所述离子清洗的条件包括：离子清洗的气体为氩气，功率为200W，真空度为2～4Pa，离子轰击时间为10min。