CN112921267B - 球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层及其制备方法 - Google Patents

球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层及其制备方法，包括以下步骤：(1)预处理：对球阀圆头依次进行抛光、抛丸除锈、清洗、干燥处理；(2)偏压反溅射清洗：将步骤(1)干燥后的球阀圆头采用偏压反溅射清洗；(3)靶材预溅射：对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行预溅射；(4)沉积TiVZrCrAl高熵合金涂层：在氩气气氛下，于相应溅射条件下对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行溅射，每隔20～60min中断沉积5～10min；(5)去应力和矫正变形处理：球阀圆头保持沉积时的加热温度，静置30min以上，随炉自然冷却后取出即可。该制备方法所制备的高熵合金涂层，具有优异的高硬、耐蚀性，进而改善球阀的耐磨性能。

Description

球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，涉及对球阀圆头表面进行改性处理，具体涉及一种球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层及其制备方法。
背景技术
金属阀门广泛地应用于流体或气体介质的流量大小控制与开关等领域，涉及石油、天然气、化工、自来水、能源动力等行业。我国的阀门行业一直处于发展进步和转型升级过程中，相对于发达国家的制造企业，国内阀门产业仍然处于世界产业链的低端。因在稳定性和可靠性方面，与先进国家相比也存在不小差距，导致产品缺乏足够的市场竞争力，高档阀门的市场占有率较低。近年来，随着全球金融危机和中国宏观经济增速放缓，以往连续多年的市场供不应求状况一去不复返。中低端阀门市场需求总量在大幅度缩减，但高性能要求的高档阀门需求却在迅速提升。由此导致大量生产的中低端阀门订单急剧下滑，行业转型升级已刻不容缓，提高中高档阀门竞争力便成为现阶段转型升级的当务之急。
金属阀门属于承压设备，球头作为阀门产品的核心部件，由于存在长期与流体或气体介质的直接接触，以及经常开关和闭合产生的相对运动，腐蚀和磨损已经成为影响其使用稳定性和可靠性的主要因素。在实际工业应用中，因金属球阀圆头在使用过程的腐蚀和磨损问题，引发的阀门泄露事故逐渐增多，为各行业的生产带来了巨大安全隐患和财产损失。显然，提高球阀圆头的耐腐蚀和耐磨损性能必然成为提升阀门稳定性和可靠性的关注焦点之一，以便从性能提升角度解决制约我国中高端阀门生产关键技术的瓶颈问题。
目前，国内为了解决球阀圆头稳定性和可靠性差的问题，鉴于采用新型铸造材料和铸造工艺，存在工艺难度大，成本高的特点，大多采用传统电镀硬铬技术方式，以提高其耐腐蚀和耐磨损性能。但电镀铬所含强氧化性的金属铬离子，尤其是六价铬离子，对环境易造成不可估量的污染损失，对环境的不友好性，使得目前电镀生产属于受到严格管控的高污染行业，且产品出口受限制，而三价铬电镀技术成本一直居高不下；再者，电镀铬层硬度不高(约为900－1000HV)，耐磨性能也并不理想(摩擦系数约为0.4－0.5)，与国外涂层制备工艺和性能相差甚远与国外耐磨涂层制备工艺和性能相差甚远，国内多数球阀圆头生产企业均面临这一技术瓶颈问题。再加上球阀圆头本来生产分散、多而不强，科研投入严重不足，产品技术研发滞后，具有自主知识产权的产品又极少。然而，以磁控溅射为代表的真空等离子镀膜，由于具有工业应用前景、低污染、低成本、环境友好等特点，已在工件表面处理领域受到了极大的关注和广泛应用，如发动机气缸内壁、兵器内外表面、燃气轮机的涡轮叶片、海上飞机发动机及其改型的舰船动力机等的涂层制备，受到了多数行业的认可。
高熵合金(HEA)因其独特的结构和优异的性能，近二十年来备受关注。与常规合金相比，高熵合金由至少5个原子含量在5-35at.％之间的主元素组成，这些元素形成简单的fcc或bcc晶体结构固溶体，而不是复杂的金属间化合物。在高熵效应影响下，使得高熵合金与传统合金相比表现出优异性能，如高热稳定性、强度、硬度、高耐磨性和高疲劳性，优异的耐腐蚀性和卓越的耐辐照性。然而，由于高熵合金具有较低的中子经济性和可加工性，与Zr合金相比，难以直接用作燃料包覆材料。幸运的是，高熵合金涂层的开发，表现出类似的优势。例如，张伟等人在N36衬底上用磁控溅射方法沉积了AlCrMoNbZr高熵合金涂层，发现在360℃和18.7MPa的静态纯水中高温腐蚀30天，N36衬底没有氧化，表明涂层具有良好的耐蚀性。Takeshi Nagase等人研究了CoCrCuFeNi高熵合金涂层的抗辐照性能，结果表明，该涂层在298-773K的温度范围内具有优异的抗辐照性。Matheus A.Tunes等人对比了FeCrMnNi高熵合金薄膜(HEATF)和非等原子薄膜作为核燃料包覆材料的候选涂层，提出薄膜形式FeCrMnNi高熵合金薄膜作为未来在事故容错核燃料包壳的候选材料。此外，Komarov等人认为，(Ti，Hf，Zr，V，Nb)N涂层具有优异抗辐照性能，因此有望在核反应堆中包覆燃料元件。采用磁控溅射法制备的FeAlCuCrCoMn高熵合金镀层晶粒细小，无偏析，在酸、碱、盐等环境中具有良好的耐蚀性。
因此，针对提高国产球阀圆头硬度、耐腐蚀和耐磨损性能，且现有电镀硬铬涂层性能差，环境不友好的问题，探索磁控溅射沉积工艺在球阀圆头表面制备满足工程应用的保护性高熵合金涂层具有重要的科学意义和工程应用价值。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层及其制备方法，采用磁控溅射沉积技术制备具有较高硬度和优异耐蚀性的高熵合金涂层，进而改善球阀的耐磨性能。
为达到上述目的，本发明提供的球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理
对球阀圆头依次进行抛光、抛丸除锈、清洗，以去除球阀圆头表面氧化物和吸附物，并干燥备用；
(2)偏压反溅射清洗
将步骤(1)干燥后的球阀圆头置于磁控溅射设备的真空炉腔内，抽真空至不大于4×10-4Pa，在氩气气氛下，采用偏压反溅射清洗以去除球阀圆头表面的杂质；
(3)靶材预溅射
在氩气气氛下，对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行预溅射，以去除靶材表面的杂质或吸附物；
(4)沉积TiVZrCrAl高熵合金涂层
在氩气气氛下，于氩气流量为30～90sccm、溅射气压为0.4～1.0Pa、偏压为0～-150V、溅射功率为70-200W、靶基距5-7cm、球阀圆头温度加热至100～400℃的条件下对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行溅射，至沉积于球阀圆头表面的TiVZrCrAl高熵合金涂层达到设定厚度，溅射过程中，每隔20～60min中断沉积5～10min，所述TiVZrCrAl高熵合金涂层厚度大于10μm；
(5)去应力和矫正变形处理
球阀圆头表面经TiVZrCrAl高熵合金涂层沉积完成后，在不间断真空条件下，球阀圆头保持沉积时的加热温度，至少静置30min以上，随炉自然冷却后取出即可。
上述球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，步骤(1)中，对球阀圆头的抛光处理是通过合适加工设备和加工手段，增加其表面光洁度，提高表面质量，因而在达到该目的的前提上，可以采用本领域常规抛光处理方式。在本发明中，优选对球阀圆头表面进行机械抛光，抛光后先后分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗10-20min。进一步的，抛丸除锈是为了清除工件表面的氧化物或附着杂质，是本领域常用表面预处理方式，将球阀圆头放入抛丸机进行表面抛丸除锈，具体的抛丸机型号、抛丸参数采用常规设置即可。球阀圆头进行抛丸除锈后，先后分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗10-20min。
上述球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，步骤(2)中，通过偏压反溅射可以进一步清除工件(球阀圆头)表面的氧化层、加工毛刺、油渍及污物等，偏压反溅射清洗可以采用本领域常规偏压反溅射参数。本发明中，偏压反溅射清洗条件为：将球阀圆头加热至100～400℃，稳定5～10min后，惰性气体气氛下，于反溅射电压为-500～-700V偏压、反溅射气压为-1～-3Pa、靶基距为5-7cm的条件下对球阀圆头进行偏压反溅射清洗，清洗时间为10～20min。优选地，偏压反溅射清洗时球阀圆头加热温度与沉积TiVZrCrAl高熵合金涂层时球阀圆头加热温度一致。
上述球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，步骤(3)中，对靶材表面进行预溅射去除表面氧化物或吸附杂质，达到清洁靶材表面的目的。本发明对靶材预溅射条件并没有特殊的限制，常规预溅射参数即可。预溅射条件为：在氩气气氛下，于预溅射气压为0.4～1.0Pa、预溅射功率为70～200W的条件下，关闭挡板，对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行预溅射清洗，清洗时间为10～20min。
上述球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，步骤(5)中，静置时间优选为30min～2h。磁控溅射有一定的应力，保持加热，有利于消除涂层内部的应力，防止涂层剥落，使涂层与基底结合更加紧密。沉积时的温度越高，静置时间相应更长。
上述制备方法所制备的球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层，厚度约为7.7～10.2μm，表面硬度约为17～20GPa，弹性模量约为150～170GPa。
上述球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，现有技术中，磁控溅射通常是一个连续的沉积过程，磁控溅射沉积过程能量高，在连续沉积的过程中，薄膜来不及形成完整的晶格，薄膜结构中会存在缺陷，生成晶格不整齐，晶粒尺寸随膜厚的增加而变大，最终会导致晶粒过度长大，表面粗糙度增大，不利于涂层结合。发明人经反复试验发现，在溅射过程中，中断沉积可以使薄膜完全结合形核长大，形成连续均匀薄膜，进一步研究发现每隔20～60min中断沉积5～10min，可以有效防止晶粒过度长大，获得纳米晶结构。具体中断方式可以是关闭靶头挡板方式进行中断。根据所需TiVZrCrAl高熵合金涂层厚度不同，具体选择沉积时长和中断时长。当所需厚度较大时，则沉积时长可相对较长，中断时长也可相对较长；当所需厚度较小时，则沉积时长可相对较短，中断时长也可相对较少。TiVZrCrAl高熵合金靶材的纯度优选为99.9％，含量为等摩尔质量比。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明提供的阀圆头表面用TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，以TiVZrCrAl高熵合金为靶材，在磁控溅射中，仅以氩气作为工作气体，根据所需涂层厚度适时中断沉积过程，有效防止晶粒过大，在球阀圆头表面制备了具有高硬度、优异耐腐蚀和耐磨损性能的TiVZrCrAl高熵合金涂层，有效提高了球阀圆头的硬度、耐腐蚀和耐磨损性能，突破了高端阀门生产关键技术的瓶颈。
(2)本发明提供的制备方法，采用成熟的磁控溅射技术，具有操作简单、低污染、低成本、环境友好等优点，可工业化批量投产，有良好的应用的前景，值得推广应用。
附图说明
图1是实施例1制得TiVZrCrAl涂层XRD图；
图2是实施例1制得TiVZrCrAl涂层截面SEM图；
图3是实施例1制得TiVZrCrAl涂层表面SEM图；
图4是实施例1制得TiVZrCrAl涂层在划痕仪动态载荷下声信号图，插图为划痕形貌(结合力)；
图5是实施例1制备TiVZrCrAl涂层800℃高温氧化30min后SEM图；
图6是实施例1制备TiVZrCrAl涂层纳米压痕测试结果图；
图7是实施例2制得TiVZrCrAl涂层XRD图；
图8是实施例2制得TiVZrCrAl涂层截面SEM图；
图9是实施例2制得TiVZrCrAl涂层表面SEM图；
图10是实施例2制得TiVZrCrAl涂层在划痕仪动态载荷下声信号图，插图为划痕形貌(结合力)；
图11是实施例2制备TiVZrCrAl涂层800℃高温氧化30min后SEM图；
图12是实施例2制备TiVZrCrAl涂层纳米压痕测试结果图；
图13是实施例3制得TiVZrCrAl涂层XRD图；
图14是实施例3制得TiVZrCrAl涂层截面SEM图；
图15是实施例3制得TiVZrCrAl涂层表面SEM图；
图16是实施例3制得TiVZrCrAl涂层在划痕仪动态载荷下声信号图，插图为划痕形貌(结合力)；
图17是实施例3制备TiVZrCrAl涂层纳米压痕测试结果图。
具体实施方式
以将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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得到的所有其它实施例，都属于本发明。
以下实施例中，磁控溅射设备采用射频反应磁控溅射镀膜设备；抛丸机型号为：Q3210型，所用溅射TiVZrCrAl高熵合金靶纯度为99.9％，各元素含量为等摩尔质量比；工作气体Ar纯度均为99.999％。
实施例1
(1)预处理
对球阀圆头进行机械抛光后，先后分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗10min；然后放进抛丸机中进行抛丸除锈，其中钢丸直径为1.0mm，球阀圆头与钢丸质量配比为1.6，抛丸时间为15min，再先后分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗15min，清洗完成后干燥备用；
(2)偏压反溅射清洗
将步骤(1)处理后的球阀圆头置于磁控溅射设备的真空炉腔内，抽真空至达到本底真空4×10-4Pa，通入氩气作为工作气体，将球阀圆头加热至400℃，稳定30min后，惰性气体气氛下，于反溅射电压为-700V偏压、反溅射气压为2Pa、靶基距为(5)cm的条件下对球阀圆头进行偏压反溅射清洗，清洗时间为15min。
(3)靶材预溅射
待球阀圆头表面反溅清洗完成后，关闭气体，待真空回复到本底真空4×10-4Pa后，通入氩气作为工作气体，采用射频电源将TiVZrCrAl高熵合金靶迅速起辉后，关闭挡板，于预溅射气压为0.4Pa、预溅射功率为100W的条件下，对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行预溅射，预溅射时间为15min。
(4)沉积TiVZrCrAl高熵合金涂层
在氩气气氛下，于氩气流量为36sccm、溅射气压为0.4Pa、偏压为0V、溅射功率为150W、靶基距5cm、沉积温度为400℃、沉积速率0.07μm/min的条件下对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行溅射，溅射过程中，每隔20min中断沉积5min，总溅射沉积时间为2.5h。
(5)去应力和矫正变形处理
球阀圆头表面经TiVZrCrAl高熵合金涂层沉积完成后，在不间断真空条件下，球阀圆头保持沉积温度，静置1.5h，随炉自然冷却至室温后取出即可。
对本实施例制备得到的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行形貌和性能分析如下。
(一)形貌分析
用GIXRD对实施例1制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行物相分析，如图1所示。由图中可以看出，TiVZrCrAl高熵合金涂层呈现出很强的(101)的晶粒取向，其具有纳米晶结构。
用SEM对制备得到的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行截面和表面微观形貌表征，如图2、图3所示，所制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层截面SEM图，其显示了涂层具有均匀的厚度，厚度约为10.21μm，表面致密、连续，在较大范围内未观察到明显的缺陷存在。
(二)性能分析
使用自动划痕测试仪估算实施例1制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层与球阀圆头的结合强度，在线性动态增加载荷下进行划痕试验，同时采用扫描电子显微镜对划痕形貌进行观察。结合力测试结果如图4所示，沉积温度为400℃，TiVZrCrAl高熵合金涂层结合力超过100N。
对实施例1制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行高温腐蚀测试，结果如图5所示。由图中可以看出，经800℃空气中氧化30min后，表面仍然平整，无明显的裂纹和脱落，具有良好的高温耐腐蚀性。
对实施例1制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行纳米压痕测试，结果如图6所示，TiVZrCrAl高熵合金涂层表面硬度为19.56GPa，其具有高硬度；弹性模量为168.38GPa，力学强度好。
实施例2
(1)预处理
对球阀圆头进行机械抛光后，先后分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗15min；然后放进抛丸机中进行抛丸除锈，其中钢丸直径为1.0mm，球阀圆头与钢丸质量配比为1.6，抛丸时间为15min，再先后分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗15min，清洗完成后干燥备用。
(2)偏压反溅射清洗
将步骤1处理后的球阀圆头置于磁控溅射设备的真空炉腔内，抽真空至达到本底真空4×10-4Pa，通入氩气作为工作气体，将球阀圆头加热至100℃，稳定5min后，惰性气体气氛下，于反溅射电压为-500V偏压、反溅射气压为1Pa、靶基距为5cm的条件下对球阀圆头进行偏压反溅射清洗，清洗时间为20min。
(3)靶材预溅射
待球阀圆头表面反溅清洗完成后，关闭气体，待真空回复到本底真空4×10-4Pa后，通入氩气作为工作气体，采用射频电源将TiVZrCrAl高熵合金靶迅速起辉后，关闭挡板，于预溅射气压为1Pa、预溅射功率为70W的条件下，对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行预溅射，预溅射时间为15min。
(4)沉积TiVZrCrAl高熵合金涂层
在氩气气氛下，于氩气流量为33sccm、溅射气压为1Pa、偏压为-50V、溅射功率为150W、靶基距7cm、沉积温度为100℃、沉积速率0.05μm/min的条件下对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行溅射，溅射过程中，每隔30min中断沉积5min，总溅射沉积时间为2.5h。
(5)去应力和矫正变形处理
球阀圆头表面经TiVZrCrAl高熵合金涂层沉积完成后，在不间断真空条件下，球阀圆头保持沉积温度，静置0.5h，随炉自然冷却至室温后取出即可。
对本实施例制备得到的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行形貌和性能分析如下。
(一)形貌分析
用GIXRD对实施例2制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行物相分析，如图7所示。由图中可以看出，TiVZrCrAl高熵合金涂层呈现出很强的(101)的晶粒取向，其具有纳米晶结构。
用SEM对制备得到的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行截面和表面微观形貌表征，如图8、图9所示，所制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层截面SEM图，其显示了涂层具有均匀的厚度，厚度约为7.72μm，表面致密、连续，在较大范围内未观察到明显的缺陷存在。
(二)性能分析
使用自动划痕测试仪估算实施例2制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层与球阀圆头的结合强度，在线性动态增加载荷下进行划痕试验，同时采用扫描电子显微镜对划痕形貌进行观察。结合力测试结果如图10所示，沉积温度为100℃，TiVZrCrAl高熵合金涂层结合力有待改善。
对实施例2制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行高温腐蚀测试，结果如图11所示。由图中可以看出，经800℃空气中氧化30min后，表面仍然平整，无明显的裂纹和脱落，具有良好的高温耐腐蚀性。
对实施例2制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行纳米压痕测试，结果如图12所示，TiVZrCrAl高熵合金涂层表面硬度为17.34GPa，其具有高硬度。弹性模量为151.29GPa，力学强度好。
实施例3
(1)预处理
对球阀圆头进行机械抛光后，先后分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗15min；然后放进抛丸机中进行抛丸除锈，其中钢丸直径为1.0mm，球阀圆头与钢丸质量配比为1.6，抛丸时间为15min，再先后分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗15min，清洗完成后干燥备用。
(2)偏压反溅射清洗
将步骤1处理后的球阀圆头置于磁控溅射设备的真空炉腔内，抽真空至达到本底真空4×10-4Pa，通入氩气作为工作气体，将球阀圆头加热至400℃，稳定10min后，惰性气体气氛下，于反溅射电压为-700V偏压、反溅射气压为3Pa、靶基距为6cm的条件下对球阀圆头进行偏压反溅射清洗，清洗时间为10min。
(3)靶材预溅射
待球阀圆头表面反溅清洗完成后，关闭气体，待真空回复到本底真空4×10-4Pa后，通入氩气作为工作气体，采用射频电源将TiVZrCrAl高熵合金靶迅速起辉后，关闭挡板，于预溅射气压为0.6Pa、预溅射功率为80W的条件下，对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行预溅射，预溅射时间为15min。
(4)沉积TiVZrCrAl高熵合金涂层
在氩气气氛下，于氩气流量为33sccm、溅射气压为1Pa、偏压为-150V、溅射功率为150W、靶基距6cm、沉积温度为400℃、沉积速率0.06μm/min的条件下对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行溅射，溅射过程中，每隔30min中断沉积5min，总溅射沉积时间为2.5h。
(5)去应力和矫正变形处理
球阀圆头表面经TiVZrCrAl高熵合金涂层沉积完成后，在不间断真空条件下，球阀圆头保持沉积温度，静置1h，随炉自然冷却至100℃后取出即可。
对本实施例制备得到的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行形貌和性能分析如下。
(一)形貌分析
用GIXRD对实施例3制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行物相分析，如图13所示。由图中可以看出，TiVZrCrAl高熵合金涂层呈现出很强的(101)的晶粒取向，其具有纳米晶结构。
用SEM对制备得到的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行截面和表面微观形貌表征，如图14、图15所示，所制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层截面SEM图，其显示了涂层具有均匀的厚度，厚度约为8.86μm，表面致密、连续，在较大范围内未观察到明显的缺陷存在。
(二)性能分析
使用自动划痕测试仪估算实施例3制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层与球阀圆头的结合强度，在线性动态增加载荷下进行划痕试验，同时采用扫描电子显微镜对划痕形貌进行观察。结合力测试结果如图16所示，沉积温度为400℃，偏压为-150V的TiVZrCrAl高熵合金涂层结合力超过100N。
对实施例3制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层进行纳米压痕测试，结果如图17所示，TiVZrCrAl高熵合金涂层表面硬度为17.94GPa，其具有高硬度。弹性模量为163.97GPa，力学强度好。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)预处理
对球阀圆头依次进行抛光、抛丸除锈、清洗，以去除球阀圆头表面氧化物和吸附物，并干燥备用；
(2)偏压反溅射清洗
将步骤(1)干燥后的球阀圆头置于磁控溅射设备的真空炉腔内，抽真空至不大于4×10-4Pa，在氩气气氛下，采用偏压反溅射清洗以去除球阀圆头表面的杂质；
(3)靶材预溅射
在氩气气氛下，对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行预溅射，以去除靶材表面的杂质或吸附物；所述TiVZrCrAl高熵合金靶各元素含量为等摩尔质量比；
(4)沉积TiVZrCrAl高熵合金涂层
在氩气气氛下，于氩气流量为30～90sccm、溅射气压为0.4～1.0Pa、偏压为0～-150V、溅射功率为70-200W、靶基距5-7cm、球阀圆头温度加热至100～400℃的条件下对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行溅射，至沉积于球阀圆头表面的TiVZrCrAl高熵合金涂层达到设定厚度，溅射过程中，每隔20～60min中断沉积5～10min，所述TiVZrCrAl高熵合金涂层厚度大于10μm；
(5)去应力和矫正变形处理
球阀圆头表面经TiVZrCrAl高熵合金涂层沉积完成后，在不间断真空条件下，球阀圆头保持沉积时的加热温度，至少静置30min以上，随炉自然冷却后取出即可；所制备的TiVZrCrAl高熵合金涂层表明硬度为17～20GP。
2.根据权利要求1所述的球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，对球阀圆头表面进行机械抛光，抛光后先后分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗10-20min。
3.根据权利要求1所述的球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，球阀圆头进行抛丸除锈后，先后分别采用丙酮、无水乙醇超声清洗10-20min。
4.根据权利要求1所述的球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，偏压反溅射清洗条件为：将球阀圆头加热至100～400℃，稳定5～10min后，惰性气体气氛下，于反溅射电压为-500～-700V偏压、反溅射气压为-1～-3Pa、靶基距为5-7cm的条件下对球阀圆头进行偏压反溅射清洗，清洗时间为10～20min。
5.根据权利要求4所述的球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：偏压反溅射清洗时球阀圆头加热温度与沉积TiVZrCrAl高熵合金涂层时球阀圆头加热温度一致。
6.根据权利要求1所述的球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，预溅射条件为：在氩气气氛下，于预溅射气压为0.4～1.0Pa、预溅射功率为70～200W的条件下，关闭挡板，对TiVZrCrAl高熵合金靶材进行预溅射清洗，清洗时间为10～20min。
7.根据权利要求1所述的球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，静置时间为30min～2h。
8.根据权利要求1-7任一所述的球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层的制备方法，其特征在于：TiVZrCrAl高熵合金靶材的纯度为99.9％。
9.权利要求1-8任一所述方法制备的球阀圆头表面TiVZrCrAl高熵合金涂层。
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