CN113235041A - 一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，由AlCrTiSiN打底层和AlCrTiSiWMoN工作层复合而成，AlCrTiSiN打底层增加涂层的热稳定性、承载能力和结合力，AlCrTiSiWMoN工作层中加入了W和Mo，不仅可提高涂层整体的结合力和红硬性，还在摩擦面形成自润滑的WO3和MoO3氧化产物，降低了涂层的摩擦系数，其润滑和减磨作用不仅降低涂层刀具工作层在切削时产生的切削热，而且提高了刀具切削寿命，有效解决了现有的高熵合金氮化物涂层的结合力和红硬性不佳，且摩擦系数过高的问题。

Description

一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于氮化物硬质涂层领域，具体涉及一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层及其制备方法和应用。
背景技术
目前，硬质合金刀具在使用过程中面临高切削力和振动，尤其刀刃与被加工工件之间存在极大的摩擦损耗和热冲击作用(加工温度可达1000℃以上)，会导致刀具基体软化、粘附磨损和化学磨损加大，进而直接影响产品的质量和刀具的寿命。因此，现代制造机加工对刀具刃口提出红硬性、热稳定性、韧性等性能要求。
现有刀具涂层制备技术中，物理气相沉积(PVD)涂层具有高的表面硬度、良好的热稳定性和耐磨性，显著提高了高速钢刀具的使用寿命和加工产品的质量，同时降低了生产成本。目前市场主流刀具涂层为：AlCrN、TiSiN、CrTiN、AlCrSiN等三组元或四组元中熵合金氮化物涂层，这些中熵合金氮化物涂层内应力高、脆性大，涂层热稳定性欠佳，难以满足不锈钢、淬硬钢等典型难加工材料高速加工的要求。即使有少量的AlCrTiSiN等五组元高熵合金氮化物涂层，但这些涂层由纳米晶镶嵌非晶基体组成的纳米复合结构组成，涂层耐热性较差，难以承受800℃高温，否则刀具涂层性能显著退化。此外，该涂层红硬性及抗高温氧化性能欠缺，且涂层磨损系数高。
另外，为了提高涂层与基体结合力，通常会在涂层与基体之间沉积打底层和过渡层。这些打底层可能是金属(Cr或AlCr等)或其氮化物(CrN，AlCrN等)，但是CrN在700℃时分解成脆性的Cr2N相，而AlCrN在800℃时分解成脆性的Cr2N和hcp-AlN，导致涂层结合力显著降低。CN109881148A中公开了一种单相固溶体结构的AlCrTiSiN高熵合金氮化物涂层及其制备方法和应用，其所提供的技术方案一定程度上改善了熵合金氮化物涂层的热稳定性和涂层结合力，但结合力和红硬性改善还有有待于进一步提高，且依然面临高的摩擦系数，导致切削时切削温度高，刀具粘结磨损和氧化磨损严重，进而导致刀具使用寿命短、加工表面质量和加工精度较低等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有高熵合金氮化物涂层的结合力和红硬性不佳，且涂层摩擦系数高的缺陷和不足，提供一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，涂层的工作层中添加W和Mo，不仅可提高涂层整体的结合力和红硬性，还在摩擦面形成自润滑的WO3和MoO3氧化产物，降低了涂层的摩擦系数，其润滑和减磨作用不仅降低涂层刀具工作层在切削时产生的切削热，而且提高了刀具切削寿命。
本发明的另一目的在于提供一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层的制备方法。
本发明的再一目的在于提供一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层在制备硬质合金制品中的应用。
本发明的又一目的在于提供一种硬质合金制品。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，所述高熵合金氮化物涂层由AlCrTiSiN打底层和AlCrTiSiWMoN工作层复合而成。
本发明的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层采用特定的打底层与工作层复合而成，AlCrTiSiN增加涂层的热稳定性、承载能力和结合力，AlCrTiSiWMoN工作层中加入了W和Mo，不仅可提高涂层整体的结合力和红硬性，还在摩擦面形成自润滑的WO3和MoO3氧化产物，降低了涂层的摩擦系数，其润滑和减磨作用不仅降低涂层刀具工作层在切削时产生的切削热，而且提高了刀具切削寿命，有效解决了现有的高熵合金氮化物涂层的结合力和红硬性不佳，且摩擦系数过高的问题。
优选地，所述AlCrTiSiN打底层为面心立方结构的单相固溶体，所述AlCrTiSiWMoN工作层为面心立方结构的单相固溶体。
工作层为面心立方结构的，提高涂层表面硬度、耐磨性、抗高温氧化性能和起自润滑作用。
优选地，所述AlCrTiSiN打底层的厚度≤1μm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为1～5μm。
为了获得综合性能更加优异的涂层，实现工作层与打底层物性匹配，进一步优选地，所述AlCrTiSiN打底层的厚度为50～1000nm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为2～4μm。
例如可以为AlCrTiSiN打底层的厚度50nm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为3.2μm；或AlCrTiSiN打底层的厚度500nm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为2.6μm；或AlCrTiSiN打底层的厚度1000nm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为2.1μm。
进一步优选地，所述AlCrTiSiN打底层的厚度为500～1000nm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为2～3μm。
优选地，以原子数量百分含量计，所述AlCrTiSiN打底层包括如下元素：Al 5～35％，Cr 5～25％，Ti 5～25％，Si 1～5％，N 40～50％；所述AlCrTiSiWMoN 工作层包括如下元素：Al 5～20％，Cr 5～20％，Ti 5～20％，Si 1～5％，W 3～15％，Mo 2～8％，N 42～55％。
通过元素含量控制可以确保形成单相固溶体结构，同时相关各元素含量还可以保证最终涂层的红硬性和结合力的提升和相关摩擦系数的降低。
工作层中Si原子数量百分数应不超过5％，主要由于Si和W、Mo等元素会产生耦合作用，易获得非晶结构，原有单相固溶体的结构将被破坏，因此需准确合理地控制Si的含量。工作层中W和Mo的加入可在摩擦面形成自润滑的氧化物，起减磨作用，进而降低涂层在使用过程中的摩擦系数，提高刀具寿命和切削质量。过量W和Mo易获得由纳米晶镶嵌非晶基体组成的纳米复合结构，其抗高温氧化性能不佳，而欠量的W和Mo会导致涂层硬度变低。
优选地，以原子数量百分含量计，所述AlCrTiSiN打底层还包括O，O含量≤0.1％，所述AlCrTiSiWMoN工作层还还包括O，O含量≤0.1％。氧含量会对材料的性能产生影响，本发明的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层的氧含量在0.1％以下，满足相关控制要求。
本发明同时还具体保护一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1：在基体表面沉积AlCrTiSiN打底层；
S2：利用AlCr靶、TiSi靶和WMo靶在打底层上共沉积在打底层上共沉积AlCrTiSiWMoN工作层得到AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，其中样品偏压为-70～-120V，氮气气压为3.0～5.0Pa，保持样品温度400～600℃，AlCr靶采用永磁，TiSi靶和WMo靶采用电磁，AlCr靶和TiSi靶电流为100A-160A，WMo靶电流为150A-250A，沉积2-8h。
沉积时同时开启直流电源，提高炉内离子浓度，提高金属原子离化率，增强涂层致密性和硬度。
其中，需要说明的是：
本发明的S1中基底经过氩离子清洗，具体清洗可以参考如下方法：
真空度小于1×10-3Pa时，通入氩气并控制流量在50～200sccm，气压为0～2Pa，样品温度500～550℃，清洗负偏压依次为：-100V，-300V，-500V和-800V，对应清洗时间为2min，5min，15min和2min。
基体材质优选为硬质合金，更由优选为硬质合金刀具，刀具在进行氩离子清洗前还包括喷砂处理、超声清洗步骤。
S1中AlCrTiSiN打底层沉积优选采用如下方法：
利用PVD技术沉积AlCrTiSiN单相固溶体打底层：控制样品偏压为-60～-40V，通入氮气，气压为1.0～3.0Pa，样品温度为450～500℃，靶材电流为120～180A，沉积时间为20min-60min，沉积方法为AlCr和TiSi靶共沉积。
其中AlCr合金靶为Al70Cr30，TiSi合金靶为Ti82Si18靶。
优选地，S2中所述样品偏压为-80V，气压为3.0Pa，样品温度为450℃，靶材电流为160A，沉积时间为2～8h，沉积方法为AlCr，TiSi和WMo靶共沉积。
其中，AlCr靶为Al70Cr30，TiSi靶为Ti82Si18靶，WMo靶为W80Mo20靶。
本发明的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层具有优异的结合力和红硬性，且耐1000℃高温，热稳定性突出，且涂层摩擦系数低，不仅降低涂层刀具工作层在切削时产生的切削热，而且提高了刀具切削寿命，可以广泛应用于硬质合金制品的制备，尤其是硬质合金刀具的制备。
本发明同时还特殊保护一种硬质合金制品，例如一种硬质合金刀具，所述硬质合金制品上沉积有所述AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层。
将本发明的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层作为硬质合金刀具涂层时，该刀具不仅具有优异的切削性能和使用寿命，而且其低摩擦系数保证了被加工工件的切削质量
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，由由AlCrTiSiN打底层和AlCrTiSiWMoN工作层复合而成，AlCrTiSiN打底层增加涂层的热稳定性、承载能力和结合力，AlCrTiSiWMoN工作层中加入了W和Mo，不仅可提高涂层整体的结合力和红硬性，还在摩擦面形成自润滑的WO3和MoO3氧化产物，降低了涂层的摩擦系数，其润滑和减磨作用不仅降低涂层刀具工作层在切削时产生的切削热，而且提高了刀具切削寿命，有效解决了现有的高熵合金氮化物涂层的结合力和红硬性不佳，且摩擦系数过高的问题。
本发明的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层的结合力达F1级，1000℃保温2h退火的涂层仍然维持33.2GPa高硬度，500℃高温摩擦的摩擦系数在0.3左右，具有优异的结合力和红硬性，且摩擦系数低，可广泛应用于制备硬质合金制品。
附图说明
图1为AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层膜-基结合力测试结果图。
图2为AlCrTiSiWMoN涂层高熵合金氮化物涂层经1000℃保温2h后的横界面TEM图及选取的电子衍射图。
图3为AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层经1000℃氧化2h后涂层横界面SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，高熵合金氮化物涂层由AlCrTiSiN打底层和AlCrTiSiWMoN工作层复合而成，AlCrTiSiN打底层为面心立方结构的单相固溶体，AlCrTiSiWMoN工作层为面心立方结构的单相固溶体结构。
AlCrTiSiN打底层的厚度50nm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为3.2μm。
AlCrTiSiN打底层包括如下元素，以原子数量百分含量计：Al 21.5at.％，Cr18.3at.％，Ti 9.1at.％，Si 1.9at.％，N 49.2at.％；所述AlCrTiSiWMoN工作层包括如下元素：Al 18.9at.％，Cr 12.6at.％，Ti 6.7at.％，Si 1.8at.％，W 7.3at.％，Mo6.0at.％，N 46.7at.％。
AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层制备包括如下步骤：
S1：在基体表面沉积AlCrTiSiN打底层：同时打开AlCr(Al70Cr30靶)和TiSi靶(Ti82Si18靶)，并打开氮气开关，沉积柱状晶结构的AlCrTiSiN单相固溶体打底层，条件为：真空调节为2.0Pa，保持样品偏压-60V，通入氮气，控制气压在2.0Pa，保持样品温度450℃，靶材电流160A，沉积45min；
S2：在打底层上复合靶共沉积AlCrTiSiWMoN工作层得到AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，继续沉积纳米多层结构的AlCrTiSiWMoN单相固溶体工作层，条件为：真空调节为3.0Pa，打开转架，同时打开AlCr靶(Al70Cr30靶)、TiSi靶(Ti82Si18靶)和WMo靶(W80Mo20靶)，AlCr靶采用永磁，TiSi靶和WMo靶采用电磁，AlCr靶和TiSi靶电流为160A，WMo靶电流为180A，保持样品偏压-80V，通入氮气，氮气流量600sccm，控制气压在3.0Pa，保持样品温度450℃，靶材电流160A，沉积2.0h。
其中基底处理如下：
(1)将硬质合金片进行干喷沙处理，然后进行超声清洗，吹干，随后金相显微镜对处理后合金片进行检验，除非表面有明显缺陷的试样，保留表面质量好的试样片。
(2)将上述清洗后硬质合金刀具放入PVD炉内，进行氩离子清洗：当PVD炉的真空室的本底真空度为小于1×10-3Pa时，通入氩气并控制流量在100sccm，气压为0.3Pa，样品温度500℃，负偏压800V，轰击时间20min。
实施例2
一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，高熵合金氮化物涂层由AlCrTiSiN打底层和AlCrTiSiWMoN工作层复合而成，AlCrTiSiN打底层为面心立方结构的单相固溶体，所述AlCrTiSiWMoN工作层为面心立方结构的单相固溶体。
AlCrTiSiN打底层的厚度500nm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为2.6μm。
AlCrTiSiN打底层包括如下元素：Al 21.5at.％，Cr 18.3at.％，Ti 9.1at.％，Si1.9at.％，N 49.2at.％；所述AlCrTiSiWMoN工作层包括如下元素：Al 20at.％，Cr10.5at.％，Ti 6.3at.％，Si 2.3at.％，W 7.5at.％，Mo 7.5at.％，N 45.8at.％。
AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层制备方法同实施例1，其中AlCr靶和TiSi靶电流为145A，WMo靶电流为200A。
实施例3
一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，高熵合金氮化物涂层由AlCrTiSiN打底层和AlCrTiSiWMoN工作层复合而成，AlCrTiSiN打底层为面心立方结构的单相固溶体，所述AlCrTiSiWMoN工作层为面心立方结构的单相固溶体。
AlCrTiSiN打底层的厚度1000nm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为2.1μm。
AlCrTiSiN打底层包括如下元素：Al 21.5at.％，Cr 18.3at.％，Ti 9.1at.％，Si1.9at.％，N 49.2at.％；所述AlCrTiSiWMoN工作层包括如下元素：Al 16.9at.％，Cr16.7at.％，Ti 10.2at.％，Si 2.1at.％，W 4.4at.％，Mo 7.5at.％，N 46.1at.％。
AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层制备方法同实施例1，其中AlCr靶和TiSi靶电流为160A，WMo靶电流为150A。
对比例1
一种AlCrTiSiN高熵合金氮化物涂层，高熵合金氮化物涂层由AlCrTiSiN打底层和AlCrTiSiN工作层复合而成，AlCrTiSiN打底层为面心立方结构的单相固溶体，所述AlCrTiSiN工作层为面心立方结构的单相固溶体。
AlCrTiSiN打底层的厚度50nm，AlCrTiSiN工作层的厚度为3.2μm。
结果检测
(1)膜-基结合力
对实施例和对比例的高熵合金氮化物涂层进行膜-基结合力测试，测试结果如下表1所示：
表1.膜-基结合力
Figure BDA0003012538560000071
Figure BDA0003012538560000081
图1为实施例1提供的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层膜-基结合力。结合力采用洛氏压痕方法，测试载荷150kg，图中可见，压痕周围并没有明显涂层剥落，仅一些裂纹，说明涂层具有优异的结合力达F1级，优异。
(2)热稳定性
图2为实施例1提供的AlCrTiSiWMoN涂层高熵合金氮化物涂层经1000℃保温2h后的横界面TEM图及选取电子衍射。从图中可以看出，该涂层仍然保持柱状晶结构，并无等轴晶存在，这说明AlCrTiSiWMoN涂层在1000℃保温2h并没有发生再结晶，具有优异的热稳定性。选区电子衍射花样和高分辨相进一步说明，退火后的涂层仍然保持单相固溶体结构。这些说明涂层具有优异的热稳定性。
(3)红硬性
利用进口的CSM纳米压痕仪测试退火态涂层的硬度，测试载荷为5mN。测试结果表明，1000℃保温2h退火的涂层仍然维持高硬度，说明涂层具有优异的红硬性。
实施例和对比例的高熵合金氮化物涂层的红硬性测试结果如下表2所示。
表2红硬性测试结果
序号 红硬性/GPa
实施例1 33.2GPa
实施例2 34.8GPa
实施例3 32.9GPa
对比例1 30.1GPa
上述表2的数据可以看出，本发明的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层具有很好的红硬性，可以达到34.8GPa，明显高于对比例1的AlCrTiSN高熵合金氮化物涂层。
(3)抗高温氧化性能
图3为实施例1提供的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层经1000℃氧化2h后涂层横界面SEM图。可见，氧化后涂层组织致密，仅浅表层0.41μm厚的氧化层存在。这些说明，该涂层具有优异的抗高温氧化性能。在相同氧化条件下对比例1的AlCrTiSiN高熵涂层氧化层厚度约为0.54μm，其抗高温氧化性能显然不如本发明的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层。
(4)摩擦系数检测
实施例和对比例制备得到的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物的摩擦系数通过如下方法检测：
500℃高温摩擦磨损实验
具体检测结果见下表3
表3摩擦系数测试结果
序号 摩擦系数
实施例1 0.29
实施例2 0.27
实施例3 0.31
对比例1 0.39
上述数据可以看出，本发明的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层的摩擦系数可以控制在0.3左右，而对比文件1没有加入W和Mo的AlCrTiSiN的高熵合金氮化物涂层的摩擦系数0.39，显然本发明的AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层显著降低了涂层的摩擦系数，其润滑和减磨作用不仅降低涂层刀具工作层在切削时产生的切削热，而且提高了刀具切削寿命。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，其特征在于，所述高熵合金氮化物涂层由AlCrTiSiN打底层和AlCrTiSiWMoN工作层复合而成。
2.如权利要求1所述AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，其特征在于，所述AlCrTiSiN打底层为面心立方结构的单相固溶体，所述AlCrTiSiWMoN工作层为面心立方结构的单相固溶体。
3.如权利要求1所述AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，其特征在于，所述AlCrTiSiN打底层的厚度≤1μm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为1～5μm。
4.如权利要求3所述AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，其特征在于，所述AlCrTiSiN打底层的厚度为50～1000nm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为2～4μm。
5.如权利要求4所述AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，其特征在于，所述AlCrTiSiN打底层的厚度为500～1000nm，AlCrTiSiWMoN工作层的厚度为2～3μm。
6.如权利要求1所述AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，其特征在于，以原子数量百分含量计，所述AlCrTiSiN打底层包括如下元素：Al 5～35％，Cr 5～25％，Ti 5～25％，Si 1～5％，N 40～50％；所述AlCrTiSiWMoN工作层包括如下元素：Al 5～20％，Cr 5～20％，Ti5～20％，Si 1～5％，W 3～15％，Mo 2～8％，N 42～55％。
7.一种权利要求1～6任意一项所述AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在基体表面沉积AlCrTiSiN打底层；
S2：利用AlCr靶、TiSi靶和WMo靶在打底层上共沉积AlCrTiSiWMoN工作层得到AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层，其中样品偏压为-70～-120V，氮气气压为3.0～5.0Pa，保持样品温度400～600℃，AlCr靶采用永磁，TiSi靶和WMo靶采用电磁，AlCr靶和TiSi靶电流为100A-160A，WMo靶电流为150A-250A，沉积2-8h。
8.如权利要求7所述AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层的制备方法，其特征在于，S2中所述样品偏压为-80V，气压为3.0Pa，样品温度为450℃，AlCr靶和TiSi靶电流为160A，WMo靶电流为200a，沉积时间为2～8h。
9.一种权利要求1～6任意一项所述AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层在制备硬质合金制品中的应用。
10.一种硬质合金制品，其特征在于，所述硬质合金制品上沉积有权利要求1～6任意一项所述AlCrTiSiWMoN高熵合金氮化物涂层。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115287645A (zh) * 2022-08-25 2022-11-04 兰州空间技术物理研究所 一种高熵合金基高温固体润滑涂层及其制备方法
CN115466870A (zh) * 2022-09-16 2022-12-13 株洲欧科亿数控精密刀具股份有限公司 一种提升硬质合金基体与涂层结合力的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170314097A1 (en) * 2016-05-02 2017-11-02 Korea Advanced Institute Of Science And Technology High-strength and ultra heat-resistant high entropy alloy (hea) matrix composites and method of preparing the same
CN108220880A (zh) * 2018-01-30 2018-06-29 上海新弧源涂层技术有限公司 一种高硬度高耐蚀性高熵合金氮化物涂层及其制备方法
CN109881148A (zh) * 2019-03-13 2019-06-14 广东工业大学 一种单相固溶体结构的AlCrTiSiN高熵合金氮化物涂层及其制备方法和应用
CN111074224A (zh) * 2020-01-06 2020-04-28 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层、其制备方法及应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170314097A1 (en) * 2016-05-02 2017-11-02 Korea Advanced Institute Of Science And Technology High-strength and ultra heat-resistant high entropy alloy (hea) matrix composites and method of preparing the same
CN108220880A (zh) * 2018-01-30 2018-06-29 上海新弧源涂层技术有限公司 一种高硬度高耐蚀性高熵合金氮化物涂层及其制备方法
CN109881148A (zh) * 2019-03-13 2019-06-14 广东工业大学 一种单相固溶体结构的AlCrTiSiN高熵合金氮化物涂层及其制备方法和应用
CN111074224A (zh) * 2020-01-06 2020-04-28 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种耐腐蚀高熵合金氮化物涂层、其制备方法及应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEI-LI LO等: ""Improvement of high entropy alloy nitride coatings (AlCrNbSiTiMo)N onmechanical and high temperature tribological properties by tuning substrate bias"", 《SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY》 *
刘其斌，周芳，徐鹏编著: "《激光材料加工及其应用》", 30 April 2018, 冶金工业出版社，第1版 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115287645A (zh) * 2022-08-25 2022-11-04 兰州空间技术物理研究所 一种高熵合金基高温固体润滑涂层及其制备方法
CN115466870A (zh) * 2022-09-16 2022-12-13 株洲欧科亿数控精密刀具股份有限公司 一种提升硬质合金基体与涂层结合力的方法

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