CN111471957A - 一种多层异质结构高熵合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层异质结构高熵合金的制备方法，其特征在于高熵合金包含掺杂的软相和硬相，具有不同单层厚度和元素掺杂含量的特征，采用直流磁控溅射法，通过交替沉积制备不同单层厚度的多层高熵合金，采用共溅射在软相中掺杂不同含量的元素，调节其晶格畸变，获得不同单层厚度和软相/硬相界面错配。利用固溶强化和界面强化获得高硬度和高韧性。并且该方法操作简单，重复性好，清洁无污染，实现效果良好，具有良好的应用前景。

Description

一种多层异质结构高熵合金的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高硬度与高韧性的多层异质结构高熵合金的制备方法，通过调控单层厚度与掺杂元素含量，实现高强韧性的力学特性。
技术背景
高熵合金是一种基于“构型熵”设计的新型多主元合金，具有长程拓扑有效的晶体结构，但是在化学意义上则表现出长程无序的结构特征，而在局部往往会出现化学短程有序结构，这种复杂的化学短程有序相比传统合金。由于高熵合金的多主元特性，各元素半径差较大，产生严重的晶格畸变，具有更大的晶格阻力，有效阻碍位错滑移滑移，提升强化效应。除了固溶强化，第二相强化也是高熵合金强度高的重要原因之一，两相之间的界面可有效阻碍位错运动，通常非共格界面比共格界面具有更高的阻碍位错运动的能力，而共格界面可以提高合金的塑性和韧性，调控双相高熵合金的相界面结构对于提高合金的强度至关重要。由于高熵合金具有更高强度、耐磨性、热稳定性以及抗辐照性能等，从而成为一种极具应用前景的金属结构材料和表面保护涂层材料。
目前高熵合金的制备方法主要包括磁控溅射法、熔炼法以及激光熔覆等。其中磁控溅射法可在室温条件下制备高熵合金，不产生成分与相偏析，并且易进行大面积制备，可实现大规模工业化生产。如何通过溅射沉积调控高熵合金的晶格畸变与界面结构，制备出高强高韧的高熵合金成为亟需解决的科学与技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼具高硬度与高韧性的多层异质结构高熵合金的制备方法，利用共掺杂溅射法沉积具有不同单层厚度与掺杂元素含量的双相高熵合金，提高合金的硬度和韧性。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种多层异质结构高熵合金的制备方法，其特征在于，采用直流磁控溅射法，通过共溅射和交替沉积相结合的方法制备不同单层厚度的多层高熵合金，并在软相中掺杂不同含量的元素，获得软相(例如fcc相)和硬相(例如bcc相)界面错配，然后再进行真空退火处理，制得多层异质结构高熵合金。
进一步，所述的多层异质结构高熵合金体系，可以是fcc/bcc(CoCrNi/NbMoTaW，CoCrNi/TiZrHfNbTa和CoCrNi/NbTiVTa)。该方法还可以推广至fcc/hcp、fcc/fcc、hcp/bcc和bcc/bcc体系中。
选择典型fcc/bcc体系的双相高熵合金作为制备对象，即CoCrNi/NbMoTaW，CoCrNi/TiZrHfNbTa，CoCrNi/NbTiVTa体系。采用多靶直流磁控溅射法，溅射靶材分别为纯度99.9wt％的CoCrNi、NbMoTaW、TiZrHfNbTa和NbTiVTa，以及纯度为99.99wt％的Zr、V、Al和C，该四种原子半径不同的元素作为掺杂元素。
其具体步骤为：
步骤1，抛光衬底表面，然后将衬底进行超声清洗清洗，以除去表面的油渍与杂质等，再对靶材预溅射；其中预溅射参数为：本底真空为1.0×10-3至1.0×10-5Pa，工作压力为0.8-1.2Pa(以下沉积硬相层和软相层的参数相同)；
步骤2，溅射沉积硬相层，其中溅射功率为100-500W(实验室)，工业应用中一般为2-20kW；
步骤3，共溅射沉积掺杂元素的软相层，其中溅射功率为100-500W(实验室)，工业应用中一般为2-20kW；
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制硬相和软相单层厚度，得到沉积态多层结构高熵合金；
步骤5，进行不同温度的退火处理，制得多层异质结构高熵合金。
优选步骤2中的硬相层为NbMoTaW、TiZrHfNbTa或NbTiVTa。
优选步骤3中的掺杂元素为Zr、V、Al或C。优选步骤3中掺杂元素的原子百分含量为0.01at％-10at％。优选步骤3中的软相层为CoCrNi。
优选步骤2中的硬相层和步骤3中软相层的厚度均为20-200nm。
优选步骤4中高熵合金总厚度为2-10μm。
优选步骤5中真空退火温度为200-400℃，退火时间为1-2h。
优选衬底为抛光金属或单晶Si，更优选抛光金属为Cu、Ti或Fe等。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)采用共溅射与交替溅射沉积相结合的方法，可实现单层厚度与掺杂元素含量的精确调控。
(2)该方法制备的多层异质结构高熵合金，同时利用了固溶强化和界面强化，从而实现了高硬度和高韧性。
(3)该方法可以实现不同体系的单相高熵合金之间的组合，并进行不同元素与含量的掺杂，适用在各自金属基体上沉积。
(4)本发明操作简单方便，可控性好，清洁无污染，适合大规模产业化。
附图说明
图1为实施例1掺杂Zr的多层异质结构高熵合金XRD图谱和截面TEM图像。
图2掺杂不同元素含量的多层异质结构高熵合金示意图；其中(a)为实施例1，(b)为实施例2，(c)为实施例3。
具体实施方式
实施例1
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率100W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为20nm。
步骤3，溅射功率100W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为0.01at％，单层厚度控制为20nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为2μm的多层异质结构高熵合金。其XRD图谱和截面TEM图像如图1a和1b所示。
步骤5，进行200℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到11.5GPa和15％。
实施例2
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率100W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为20nm。
步骤3，溅射功率100W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为2at％，单层厚度控制为20nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为2μm的多层异质结构高熵合金。如图2a所示。
步骤5，进行200℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到12GPa和18％。
实施例3
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率100W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为20nm。
步骤3，溅射功率100W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为5at％，单层厚度控制为20nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为2μm的多层异质结构高熵合金。如图2b所示。
步骤5，进行200℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到13GPa和20％。
实施例4
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率100W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为20nm。
步骤3，溅射功率100W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为10at％，单层厚度控制为20nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为2μm的多层异质结构高熵合金。如图2c所示。
步骤5，进行200℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到15GPa和12％。
实施例5
步骤1，抛光的金属Ti衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率100W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率100W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为0.01at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到11GPa和18％。
实施例6
步骤1，抛光的金属Ti衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率100W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为200nm。
步骤3，溅射功率100W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为0.01at％，单层厚度控制为200nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行400℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到10GPa和22％。
实施例7
步骤1，抛光的金属Ti衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率500W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率500W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为2at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行200℃的退火处理2小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到12GPa和22％。
实施例8
步骤1，抛光的金属Ti衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤3，本底真空为1.0×10-3Pa，工作压力为1.2Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率500W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤4，溅射功率500W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为5at％，单层厚度控制为100nm。
步骤5，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤6，进行200℃的退火处理2小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到12.6GPa和30
实施例9
步骤1，单晶Si衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-3Pa，工作压力为1.2Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-3Pa，工作压力为1.2Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率500W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率500W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为5at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行200℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到13.8GPa和30％。
实施例10
步骤1，单晶Si衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为8at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到15.3GPa和32％。
实施例11
步骤1，抛光的金属Fe衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为10at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为10μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到14.3GPa和26％。
实施例12
步骤1，抛光的金属Fe衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的TiZrHfNbTa层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为0.01at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行200℃的退火处理2小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到13.1GPa和32％。
实施例13
步骤1，抛光的金属Fe衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的TiZrHfNbTa层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为7at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到15.1GPa和33％。
实施例14
步骤1，抛光的金属Fe衬底表面清洗和靶材预溅射。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的TiZrHfNbTa层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为10at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为10μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到14.1GPa和27％。
实施例15
步骤1，抛光的金属Fe衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbTiVTa层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为0.01at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行200℃的退火处理2小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到12.6GPa和33％。
实施例16
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbTiVTa层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为6at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到14.3GPa和35％。
实施例17
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbTiVTa层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Zr含量为10at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为10μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到13.3GPa和28％。
实施例18
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂V含量为0.01at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到13.2GPa和31％。
实施例19
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂V含量为7at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到15.1GPa和34％。
实施例20
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂V含量为10at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为10μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到13.3GPa和27％。
实施例21
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Al含量为0.01at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到12.1GPa和31％。
实施例22
步骤1，抛光的金属Cu衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Al含量为6at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到12.6GPa和36％。
实施例23
步骤1，单晶Si衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂Al含量为10at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为10μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到11.8GPa和22％。
实施例24
步骤1，单晶Si衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂C含量为5at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到13.4GPa和25％。
实施例25
步骤1，单晶Si衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂C含量为8at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为5μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到14.9GPa和27％。
实施例26
步骤1，单晶Si衬底表面清洗和靶材预溅射(本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，)。
步骤2，本底真空为1.0×10-5Pa，工作压力为0.8Pa，高纯Ar气作为离子源，溅射功率300W，直流溅射沉积bcc结构的NbMoTaW层，单层厚度控制为100nm。
步骤3，溅射功率300W，共溅射沉积fcc结构的CoCrNi层，掺杂C含量为10at％，单层厚度控制为100nm。
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制fcc和bcc单层厚度，获得总厚度为10μm的多层异质结构高熵合金。
步骤5，进行300℃的退火处理1小时，制得多层异质结构高熵合金。
多层异质结构高熵合金的硬度和均匀塑性应变分别达到15.1GPa和21％。

Claims (9)

1.一种多层异质结构高熵合金的制备方法，其特征在于，采用直流磁控溅射法，通过共溅射和交替沉积相结合的方法制备不同单层厚度的多层高熵合金，并在软相中掺杂不同含量的元素，获得软相和硬相界面错配，然后再进行真空退火处理，制得多层异质结构高熵合金。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其具体步骤为：
步骤1，抛光金属与单晶Si衬底表面清洗和靶材预溅射；其中预溅射参数为：本底真空为1.0×10-3至1.0×10-5Pa，工作压力为0.8-1.2Pa；
步骤2，溅射沉积硬相层，其中溅射功率为100-500W；
步骤3，共溅射沉积掺杂元素的软相层，其中溅射功率为100-500W；
步骤4，重复步骤2和步骤3，调制硬相和软相单层厚度，得到沉积态多层结构高熵合金；
步骤5，进行退火处理，制得多层异质结构高熵合金。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2中的硬相层为NbMoTaW、TiZrHfNbTa或NbTiVTa。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤3中的掺杂元素为Zr、V、Al或C。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤3中掺杂元素的原子百分含量为0.01％-10％。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤3中的软相层为CoCrNi。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤2中的硬相层和步骤3中软相层的厚度均为20-200nm。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤4中高熵合金总厚度为2-10μm。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤5中真空退火温度为200-400℃，退火时间为1-2h。
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