CN111074224B - 一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层、其制备方法及应用。所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的分子式为(VAlTiCrMo)N，其包含按照原子百分含量计算的如下元素：V 4～10％、Al 5～12％、Ti 4～10％、Cr 10～30％、Mo 15～25％及N 20～40％。所述高熵合金氮化物涂层是利用磁控溅射技术在基体表面沉积而获得的，呈面心立方晶体结构。所述制备方法包括：采用磁控溅射技术，以磁控溅射复合靶为靶材，以保护性气体、氮气为工作气体，对基体施加负偏压，在基体表面沉积得到耐腐蚀高熵合金氮化物涂层。本发明的耐腐蚀高熵合金氮化物涂层具有高硬度与优异的耐腐蚀性能，可用于海水等环境下的基体防护。

Description

一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层、其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种高熵合金氮化物涂层，特别涉及一种(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层及其制备方法，以及其在海水环境下的应用，属于表面处理技术领域。

背景技术

在现代，信息、能源和材料被视为当代文明的三大支柱。作为前两者的基础，材料越来越受到人们的重视，材料的研发和应用也进入了快速发展阶段。在性能方面，传统的金属材料已不能满足人类生活和工业生产的需要。针对海洋腐蚀问题，传统海洋用材料多采用不锈钢、钛合金、工程陶瓷以及聚合物等耐蚀材料。然而，不锈钢和钛合金在海水中的摩擦和耐磨性差，工程陶瓷耐冲击性和加工成型性能差，聚合物先天硬度强度低。近年来，对传统海洋材料的涂层改性已经成为海水摩擦副零部件表面强化和耐腐蚀的重要手段，是控制海水环境关键摩擦副零部件腐蚀磨损，提高海洋工程装备稳定性和服役寿命最为可行的技术途径。采用物理气相沉积技术制备的金属氮化物涂层具有高的硬度和耐腐蚀性能，已经广泛用于机械装备和航空航天装备关键摩擦副零部件的表面强化。然而，这类高硬度的陶瓷材料普遍存在脆性高，韧性不足的问题，导致其在海水摩擦环境中，在机械力和海水渗入压力的作用下促使贯穿性微裂纹的形成，极易发生突发性剥落等早期失效问题。而这些涂层材料多以二元或三元合金为主。由于微量元素的加入，合金材料在某些特殊性能上比单一金属材料具有更好的性能，如提高材料的强度和硬度、优异的耐腐蚀性和高温软化性能。然而，随着微量元素的加入，合金体系中经常出现结构复杂或脆性相当的金属间化合物，降低了材料的塑性和韧性，对合金材料的应用产生不利影响。因此发展强韧与耐磨蚀一体化表面改性涂层对海洋环境尤其深海高压环境金属零部件的抗磨防腐尤为重要。高熵合金应运而生，高熵合金在热稳定性、力学等领域表现优异。氮化后的高熵合金涂层性能再次得到了优化，使其性能更加全面。

并且，目前，高熵合金涂层在制备过程中多选用高熵合金靶或者单个元素和低组元合金靶材的组合。但是，高熵合金靶难以调控元素含量，且制作成本高；采用单个元素的独立靶材难以获得成分均匀的高熵涂层。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层及其制备方法，从而克服了现有技术中的不足。

本发明的另一目的还在于提供所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层，它的分子式为(VAlTiCrMo)N，并且，所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层包含按照原子百分含量计算的如下元素：V 4～10％、Al 5～12％、Ti 4～10％、Cr 10～30％、Mo 15～25％及N 20～40％。

在一些优选实施例中，所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层是利用磁控溅射技术在基体表面沉积而获得的，呈面心立方晶体结构。

本发明实施例还提供了前述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的制备方法，其包括：

提供基体；

采用磁控溅射技术，以V靶材、Al靶材、Ti靶材、Cr靶材、Mo靶材的磁控溅射拼接靶为阴极靶材，以保护性气体、氮气为工作气体，对基体施加负偏压，在基体表面沉积得到(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层；

其中，所述磁控溅射拼接靶包括在垂直方向上呈周期排列的至少一个靶周期，每一靶周期包括在垂直方向上自上至下依次层叠的V靶材、Al靶材、Ti靶材、Cr靶材、Mo靶材。

在一些优选实施例中，所述磁控溅射技术采用的工艺条件包括：溅射功率为1000W～3000W，基体偏压为-20V～-50V，基体温度为20℃～40℃，反应腔体内压力为3×10^-2mbar～7×10^-2mbar，保护性气体流量为150sccm～900sccm，氮气流量为100sccm～800sccm，沉积时间为4h～10h。

本发明实施例还提供了前述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层在海水环境下基体表面防护领域中的用途。

本发明实施例还提供了一种装置，包括基体，所述基体上还设置有前述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层。

本发明选用耐腐蚀性组元V、Al、Ti、Cr、Mo、N构成高熵合金氮化物涂层，通过控制各元素的原子百分含量以及利用磁控溅射技术在基体表面沉积而得到面心立方结构的(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层，具有如下有益效果：

1)本发明提供的高熵合金氮化物涂层一方面由耐腐蚀性组元V、Al、Ti、Cr、Mo构成；另一方面采用磁控溅射技术而呈面心立方结构，该(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层具有高硬度以及优异的耐腐蚀性能，其硬度可以高于3Gpa，自腐蚀电流密度甚至低于5×10^-5A·cm^-2，因此是一种耐磨耐腐蚀的材料，可在高磨损、高腐蚀的恶劣环境中对基体进行良好保护，例如可用于海水环境下的基体防护等；

2)本发明将各元素靶材依次层叠、周期排列，不仅制作成本低，而且能够获得成分均匀的(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1-3中的VAlTiCrMo复合靶的截面结构示意图。

图2是本发明实施例1-3中制得的3种(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层的XRD衍射图谱。

图3是本发明实施例1-3中制得的3种(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层电化学测试获得的动态极化曲线图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层，它由五种元素组成，选用耐腐蚀性元素V、Al、Ti、Cr、Mo，分子式为(VAlTiCrMo)N，并且，所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层包含按照原子百分含量计算的如下元素：V 4～10％、Al 5～12％、Ti 4～10％、Cr 10～30％、Mo 15～25％及N 20～40％。

在一些优选实施例中，所述(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层是利用磁控溅射技术在基体表面沉积而获得的，呈面心立方晶体结构。

进一步地，利用磁控溅射技术在基体表面沉积该(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层，利用该方法得到的(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层呈晶态且为面心立方结构。该涂层中出现了更多的晶格畸变区，晶格畸变严重，导致内能的增加，阻碍了位错滑移变形，从而使得涂层具有强度和硬度，且具有高硬度与优异的耐腐蚀性能。

进一步地，所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的硬度高于3Gpa。

进一步地，所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的自腐蚀电流密度低于5×10^-5A·cm^-2。

进一步地，所述(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的厚度为500nm～3000nm，优选为900nm～1000nm。

进一步地，本发明提供的基体表面的多组元合金涂层具有高硬度与优异的耐腐蚀性能，可用于海水等环境下的基体防护。

作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系前述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的制备方法，其包括：

提供基体；

采用磁控溅射技术，以5种元素的拼接靶为阴极靶材，以保护性气体、氮气为工作气体，对基体施加负偏压，在基体表面沉积得到(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层；

其中，所述拼接靶包括在垂直方向上呈周期排列的至少一个靶周期，每一靶周期包括在垂直方向上自上至下依次层叠排列的V靶材、Al靶材、Ti靶材、Cr靶材、Mo靶材。

本发明的拼接靶是5种元素的靶材按照一定顺序拼接而成，相比传统熔炼合金靶材更易于制备。

在一些实施方案中，所述制备方法是：提供磁控溅射复合靶，在清洗后的基体表面沉积得到所述(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层。

进一步地，所述磁控溅射复合靶是由V靶材、Al靶材、Ti靶材、Cr靶材、Mo靶材构成，在垂直方向将该五种靶材层叠排列形成一个靶周期，所述复合靶在垂直方向包括至少一个所述靶周期。

进一步地，所述靶周期中，自上至下依次为V靶、Al靶、Ti靶、Cr靶、Mo靶。

进一步地，所述磁控溅射复合靶包含1～15个所述靶周期。

进一步地，每一靶周期中，所述V靶材的厚度为5mm～50mm。

进一步地，每一靶周期中，所述Al靶材的厚度为5mm～50mm。

进一步地，每一靶周期中，所述Ti靶材的厚度为5mm～50mm。

进一步地，每一靶周期中，所述Cr靶材的厚度为5mm～50mm。

进一步地，每一靶周期中，所述Mo靶材的厚度为5mm～50mm。

进一步地，所述V靶材、Al靶材、Ti靶材、Cr靶材或Mo靶材的纯度含量在99.9％以上。

在一些实施方案中，所述制备方法包括：所述磁控溅射技术采用的工艺条件包括：溅射过程中，溅射功率为1000W～3000W，基体偏压为-20V～--50V，优选为-30V～--40V，基体温度为20℃～40℃，调节氮气和保护性气体的流量，使反应腔体内压力保持在3×10^{- 2}mbar～7×10^-2mbar，保护性气体流量为150sccm～900sccm，氮气流量为100sccm～800sccm，沉积时间为4h～10h。

进一步地，所述保护性气体包括惰性气体，尤其优选为氩气，但不限于此。

在一些实施方案中，所述制备方法还包括：首先对所述磁控溅射拼接靶进行Ar离子轰击，偏压为-20V～-50V，Ar离子轰击清洁靶材，去除靶材表面的氧化物及其他杂质，并在溅射过程中通Ar保护气氛，以防止在溅射过程中产生氧化物。

进一步地，所述制备方法还包括：在进行所述磁控溅射之前，先将反应腔体抽真空至真空度低于1.0×10^–3Pa。

进一步地，所述制备方法还包括：在溅射沉积之前利用辉光放电原理刻蚀清洗基体表面，以除去基体表面的氧化层或污染物。

进一步地，所述的基体材料不限，包括不锈钢等金属材料，例如304不锈钢、316不锈钢等。

作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系由前述方法制备的(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层。

作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系前述的(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层在海水环境下基体表面防护领域中的用途。

进一步地，所述的基体材料不限，包括不锈钢等金属材料，例如304不锈钢、316不锈钢等。

作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系一种装置，包括基体，所述基体上还设置有前述的(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层。

进一步地，所述的基体材料不限，包括不锈钢等金属材料，例如304不锈钢、316不锈钢等。

综上，藉由上述技术方案，本发明提供的高熵合金氮化物涂层一方面由耐腐蚀性组元V、Al、Ti、Cr、Mo构成；另一方面采用磁控溅射技术而呈面心立方结构且晶粒具有较大的晶格畸变，因此该(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层具有高硬度以及优异的耐腐蚀性能，其硬度可以高于3Gpa，自腐蚀电流密度甚至低于5×10^-5A·cm^-2，因此是一种耐磨耐腐蚀的材料，可在高磨损、高腐蚀的恶劣环境中对基体进行良好保护，例如可用于海水环境下的基体防护等。

下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件。

实施例1

本实施例中，基体材料为304不锈钢，基体表面是具有面心立方晶体结构的(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层。

该(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的制备方法如下：

采用磁控溅射技术，在基体表面制备(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层，主要包括如下步骤：

(1)如图1所示，选择V靶、Al靶、Ti靶、Cr靶、Mo靶，在垂直方向按照V-Al-Ti-Cr-Mo的顺序自上而下依次层叠排列厚度为10mm的各靶材，形成一个靶周期；然后，在垂直方向包括12个所述靶周期，形成复合靶。

(2)对基体表面进行机械磨抛处理，分别用石油醚、丙酮和酒精进行超声清洗3次，然后用流动的氮气吹干；然后，将基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度为1.0×10^-3Pa。调节偏压-20V～-50V，利用Ar离子对复合靶轰击20min，并对基体样品进行离子刻蚀20min。

(3)溅射过程中，溅射功率为2000W、基体偏压为-30V、基体温度为27℃(室温)。

(4)调节氮气和氩气的流量，使腔内压力保持在3×10^-2mbar。Ar气流量900sccm，氮流量为100sccm。

(5)沉积时间持续8h。

本实施例制得的(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层样品的元素成分含量如下表1所示。

实施例2

本实施例中，基体材料为304不锈钢，基体表面是具有面心立方晶体结构的(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层。

该(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的制备方法如下：

采用磁控溅射技术，在基体表面制备(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层，主要包括如下步骤：

(1)如图1所示，选择V靶、Al靶、Ti靶、Cr靶、Mo靶，在垂直方向按照V-Al-Ti-Cr-Mo的顺序自上而下依次层叠排列厚度为10mm的各靶材，形成一个靶周期；然后，在垂直方向包括12个所述靶周期，形成复合靶。

(2)对基体表面进行机械磨抛处理，分别用石油醚、丙酮和酒精进行超声清洗3次，然后用流动的氮气吹干；然后，将基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度为1.0×10^-3Pa，利用Ar离子对复合靶轰击20min，并对基体样品进行离子刻蚀20min。

(3)溅射过程中，溅射功率为2000W、基体偏压为-30V、基体温度为27℃(室温)。

(4)调节氮气和氩气的流量，使腔内压力保持在3×10^-2mbar。Ar气流量600sccm，氮流量为450sccm。

(5)沉积时间持续8h。

本实施例制得的(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层样品的元素成分含量如下表1所示。

实施例3

本实施例中，基体材料为304不锈钢，基体表面是具有面心立方晶体结构的(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层。

该(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的制备方法如下：

采用磁控溅射技术，在基体表面制备(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层，主要包括如下步骤：

(1)如图1所示，选择V靶、Al靶、Ti靶、Cr靶、Mo靶，在垂直方向按照V-Al-Ti-Cr-Mo的顺序自上而下依次层叠排列厚度为10mm的各靶材，形成一个靶周期；然后，在垂直方向包括12个所述靶周期，形成复合靶。

(2)对基体表面进行机械磨抛处理，分别用石油醚、丙酮和酒精进行超声清洗3次，然后用流动的氮气吹干；然后，将基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度为1.0×10^-3Pa，利用Ar离子对复合靶轰击20min，并对基体样品进行离子刻蚀20min。

(3)溅射过程中，溅射功率为2000W、基体偏压为-30V、基体温度为27℃(室温)。

(4)调节氮气和氩气的流量，使腔内压力保持在3×10^-2mbar。Ar气流量150sccm，氮流量为800sccm。

(5)沉积时间持续8h。

实施例1-3中制得的三种氮气流量不同的(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层样品的元素成分含量如下表1所示：通入的氮气流量分别为100sccm、450sccm和800sccm，对不同的(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层分别简称如下：(VAlTiCrMo)N-100sccm、(VAlTiCrMo)N-450sccm、(VAlTiCrMo)N-800sccm。

表1：三种氮气流量不同的(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层元素成分含量

从表1可以看出，三种氮气流量不同(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层样品中各合金元素的原子百分含量均满足高熵合金中元素的原子百分含量为小于35％的要求。

通过纳米压痕设备对实施例1-3中的三种(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层样品表面压入六个深度均为250nm的点，测量硬度和弹性模量，结果如下表2所示。从表2中可看出，该涂层抗磨性良好。

表2：三种(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层的硬度和弹性模量

图2是实施例1-3中三种氮气流量不同的(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层样品的XRD衍射图谱，三种高熵合金氮化物涂层上都观察到FCC(111)衍射峰。XRD分析表明，(VAlTiCrMo)N涂层是面心立方单相固溶体结构。

图3是实施例1-3中三种氮气流量不同的(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层样品与304不锈钢经电化学测试获得的动态极化曲线。如下表3是该(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度。从图3与表3中可以看出，三种(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层的自腐蚀电流密度很低。

表3：三种(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度

实施例4

本实施例中，基体材料为304不锈钢，基体表面是具有面心立方晶体结构的(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层。

该(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的制备方法如下：

采用磁控溅射技术，在基体表面制备(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层，主要包括如下步骤：

(1)选择V靶、Al靶、Ti靶、Cr靶、Mo靶，在垂直方向按照V-Al-Ti-Cr-Mo的顺序自上而下依次层叠排列厚度为10mm的各靶材，形成一个靶周期；然后，在垂直方向包括15个所述靶周期，形成复合靶。

(2)对基体表面进行机械磨抛处理，分别用石油醚、丙酮和酒精进行超声清洗3次，然后用流动的氮气吹干；然后，将基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度为1.0×10^-3Pa，利用Ar离子对复合靶轰击20min，并对基体样品进行离子刻蚀20min。

(3)溅射过程中，溅射功率为1000W、基体偏压为-20V、基体温度为20℃。

(4)调节氮气和氩气的流量，使腔内压力保持在5×10^-2mbar。Ar气流量600sccm，氮流量为450sccm。

(5)沉积时间持续4h。

实施例5

本实施例中，基体材料为304不锈钢，基体表面是具有面心立方晶体结构的(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层。

该(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的制备方法如下：

采用磁控溅射技术，在基体表面制备(VAlTiCrMo)N高熵合金氮化物涂层，主要包括如下步骤：

(1)选择V靶、Al靶、Ti靶、Cr靶、Mo靶，在垂直方向按照V-Al-Ti-Cr-Mo的顺序自上而下依次层叠排列厚度为10mm的各靶材，形成一个靶周期；然后，在垂直方向包括1个所述靶周期，形成复合靶。

(2)对基体表面进行机械磨抛处理，分别用石油醚、丙酮和酒精进行超声清洗3次，然后用流动的氮气吹干；然后，将基体放入磁控溅射腔体，抽真空至真空度为1.0×10^-3Pa，利用Ar离子对复合靶轰击20min，并对基体样品进行离子刻蚀20min。

(3)溅射过程中，溅射功率为3000W、基体偏压为-50V、基体温度为40℃。

(4)调节氮气和氩气的流量，使腔内压力保持在7×10^-2mbar。Ar气流量800sccm，氮流量为500sccm。

(5)沉积时间持续10h。

表4示出了实施例3所获(VAlTiCrMo)N-800sccm高熵合金氮化物涂层与传统304不锈钢的自腐蚀电位对比结果。从表4可以看出，在实施例3所制备的样品(VAlTiCrMo)N-800sccm涂层的腐蚀电位远高于传统304不锈钢，且相差一个数量级，说明(VAlTiCrMo)N-800sccm涂层在相同的腐蚀环境下更难腐蚀。

表4：(VAlTiCrMo)N-800sccm高熵合金氮化物涂层与传统304不锈钢的自腐蚀电位

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。

除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。

应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (20)

1.一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的制备方法，其特征在于包括：

采用磁控溅射技术，以磁控溅射拼接靶为阴极靶材，以保护性气体、氮气为工作气体，对基体施加负偏压，在基体表面沉积得到(VAlTiCrMo)N耐腐蚀高熵合金氮化物涂层，所述磁控溅射技术采用的工艺条件包括：溅射功率为1000W~3000W，基体偏压为-20V~-50V，基体温度为20℃~40℃，反应腔体内压力为3×10^-2mbar~7×10^-2mbar，保护性气体流量为150sccm~900sccm，氮气流量为100sccm~800sccm，沉积时间为4h~10h；所述基体偏压为-30V~-40V；

其中，所述磁控溅射拼接靶包括在垂直方向上呈周期排列的至少一个靶周期，每一靶周期包括在垂直方向上自上至下依次层叠的V靶材、Al靶材、Ti靶材、Cr靶材、Mo靶材；

所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的分子式为(VAlTiCrMo)N，并且，所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层包含按照原子百分含量计算的如下元素：V 4~10%、Al 5~12%、Ti 4~10%、Cr10~30% 、Mo 15~25%及N 20~40%，所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层呈面心立方晶体结构；

所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的硬度高于3GPa；所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的自腐蚀电流密度低于5×10^-5A·cm^-2；所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的厚度为500nm~3000nm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述耐腐蚀高熵合金氮化物涂层的厚度为900nm~1000nm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述基体的材质为不锈钢。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述基体的材质为304不锈钢或316不锈钢。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射拼接靶包含1~15个所述靶周期。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：每一靶周期中，所述V靶材的厚度为5mm~50mm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：每一靶周期中，所述Al靶材的厚度为5mm~50mm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：每一靶周期中，所述Ti靶材的厚度为5mm~50mm。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：每一靶周期中，所述Cr靶材的厚度为5mm~50mm。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：每一靶周期中，所述Mo靶材的厚度为5mm~50mm。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述V靶材、Al靶材、Ti靶材、Cr靶材或Mo靶材的纯度在99.9%以上。

12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述保护性气体为惰性气体。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于：所述保护性气体为氩气。

14. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：将反应腔体抽真空至真空度低于 1.0×10^–3 Pa，先对基体进行Ar离子轰击。

15.由权利要求1-14中任一项所述方法制备的耐腐蚀高熵合金氮化物涂层在海水环境下基体表面防护领域中的用途。

16.根据权利要求15所述的用途，其特征在于：所述基体的材质为不锈钢。

17.根据权利要求16所述的用途，其特征在于：所述基体的材质为304不锈钢或316不锈钢。

18.一种用于海水环境的装置，包括基体，其特征在于：所述基体上还设置有由权利要求1-14中任一项所述方法制备的耐腐蚀高熵合金氮化物涂层。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：所述基体的材质为不锈钢。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于：所述基体的材质为304不锈钢或316不锈钢。

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