碳含量对（CuNiTiNbCr）CxNy高熵合金薄膜性能和结构的影响

碳含量对（CuNiTiNbCr）CxNy高熵合金薄膜性能和结构的影响

随着深空、深海和极地探测范围的扩大，机械系统必须在极端环境中工作，如超低温、超高温、高负荷。传统陶瓷膜由于其脆性以及陶瓷膜与合金基体之间的热膨胀系数不匹配，在高温应用中很容易失效。因此，迫切需要具有高强度、高韧性、耐磨性和减摩性能的固体薄膜。

高熵合金薄膜是在高熵合金设计思想的基础上设计的一种新型薄膜材料，由五种或五种以上比例几乎相等的金属组成，其结构通常为非晶态或简单的固溶体结构相。高熵合金薄膜具有高强度和韧性、低残余应力、耐磨性、抗辐射性、耐高温氧化性和耐高温软化性的特点。这些特性使其在关键零部件摩擦保护领域具有潜在的应用价值。

高熵合金薄膜显示出优异的机械性能，但其硬度和耐磨性仍低于TiN和CrN等传统硬质薄膜，无法满足在严重磨损条件下应用硬质薄膜的要求。本研究采用双靶共溅射法制备了（CuNiTiNbCr）CxNy高熵纳米复合薄膜。西南交通大学冷永祥教授研究团队研究了碳含量对薄膜形貌、相结构、力学性能和摩擦学性能的影响。本工作中通过在膜中引入碳原子，形成无定形/碳氮化物/无定形碳复合结构。当碳含量为21.5at.%时，薄膜硬度达到18.1GPa的最高值。在37.6at.%的碳含量下，薄膜显示出0.96MPa的最高韧性 m1/2，表现出最佳的摩擦学性能，低摩擦系数为0.27，磨损率为1.0×。耐磨性的提高主要归功于纳米复合结构的强韧性和非晶碳相的润滑作用。（CuNiTiNbCr）CxNy高熵纳米复合薄膜在恶劣的摩擦环境中显示出良好的应用前景。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0272884223036386?via%3Dihub=