本发明专利技术公开了一种采用双脉冲技术制备的高熵合金涂层及其制备方法，所述方法包括以下步骤：将等离子体依次通过脉冲磁场、扫描磁场和脉冲电场处理后沉积在基体样品表面形成高熵合金涂层。本发明专利技术方法制备的高熵合金涂层和基体结合强度高，不同服役环境下保持优异性能时间长；本发明专利技术方法有别于传统技术，双脉冲技术制备高熵合金涂层在靶材确定后其内各元素种类通过沉积外部参数可以实现元素成分、结构精确调节；本发明专利技术双脉冲技术制备高熵合金涂层其膜层致密性高，结构可通过脉冲磁场与脉冲负压和过渡层进行调节；本发明专利技术双脉冲技术制备高熵合金膜层大面积的均匀性好，通过磁场的设计，金属等离子体能够充分的混合，不存在成分偏析的情况。偏析的情况。偏析的情况。
【技术实现步骤摘要】
一种采用双脉冲技术制备的高熵合金涂层及其方法与装置
[0001]本专利技术属于表面工程
，尤其涉及一种采用双脉冲技术制备的高熵合金涂层及其方法与装置。
技术介绍
[0002]高熵合金(High
‑
entropyalloys)简称HEA，是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。由于高熵合金可能具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程上相当受到重视。但是高熵合金作为大尺寸的结构零件应用受到尺寸和成本的制约，难以推广；零件的服役性能取决于其表面性能，高熵合金涂层制备不改变基体本身结构，是表面改性的有效手段之一，但大尺寸，大面积均匀的高熵合金膜层的制备一直是难点问题，现有技术中存在制靶困难、涂层制备成本高、成膜质量差以及成分均匀性差等缺点。
[0003]为此，能够提供一种能够解决强束流、大面积、高均匀性等问题的高熵合金涂层制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种双脉冲技术来制备高熵合金涂层的制备方法，解决现有技术中存在的强束流、大面积、高均匀性的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种采用双脉冲技术制备的高熵合金涂层的方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]将等离子体依次通过脉冲磁场、扫描磁场和脉冲电场处理后沉积在基体样品表面形成高熵合金涂层。
[0008]优选的，所述脉冲磁场分为依次设置的第一脉冲磁场、第二脉冲磁场和第三脉冲磁场；r/>[0009]其中，所述第一脉冲磁场的磁场强度为0
‑
100mT，脉冲频率为10
‑
100Hz；
[0010]所述第二脉冲磁场的磁场强度为
‑
50
‑
0mT，脉冲频率为10
‑
50Hz；
[0011]所述第三脉冲磁场的磁场强度为
‑
10
‑
10mT，脉冲频率为10
‑
50Hz；
[0012]所述第二脉冲磁场方向与所述第一脉冲磁场方向相反，所述第三脉冲磁场方向与所述第二脉冲磁场方向相同。
[0013]本专利技术第一脉冲磁场强度0
‑
100mT，能够使得弧斑运动速度提高3倍以上至60
‑
100m/s，弧斑运动范围提高4倍以上，靶材寿命提升3倍；第二脉冲磁场方向与第一脉冲磁场方向相反，促使等离子体密度均匀化，在管道内等离子体密度垂直扩散度为原来2倍；第三脉冲磁场方向与第二脉冲磁场方向相同，促使等离子体引出至弯管磁过滤，效率提升2倍；电子传输效率下降为原来1/3，减少电子的输出，降低因电子轰击而造成的温升。
[0014]优选的，所述扫描磁场分为第一扫描磁场和第二扫描磁场；
[0015]其中，所述第一扫描磁场的磁场强度为
‑
20
‑
20mT，脉冲频率为10
‑
100Hz；
[0016]所述第二扫描磁场的磁场强度为
‑
20
‑
20mT，脉冲频率为10
‑
100Hz；
[0017]所述第一扫描磁场和所述第二扫描磁场方向互相垂直，且在同一面内，该平面与第三脉冲磁场方向垂直。
[0018]在第一扫描磁场的作用下，在垂直于等离子体运动平面内的X方向发生扫描，扫描幅度为磁过滤器出口1.5倍；在第二扫描磁场的作用下，在垂直于等离子体运动平面内的Y方向发生扫描，扫描幅度为磁过滤器出口1.5倍。
[0019]优选的，所述脉冲电场的强度最高为1MW，脉宽1
‑
5μs。
[0020]本专利技术在脉冲电场作用下，高熵合金沉积速率提升0.3
‑
0.5倍，膜层堆积密度为0.85以上，膜层内应力小于300MPa。
[0021]优选的，所述等离子体通过脉冲磁场作用后依次经过聚焦磁场、弯转磁场和引出磁场作用后进入所述扫描磁场。
[0022]优选的，所述聚焦磁场强度为0
‑
10mT，所述弯转磁场为0
‑
50mT，所述引出磁场为0
‑
5mT。
[0023]本专利技术通过弧源产生等离子体后统一通入磁过滤装置中，通过聚焦磁场、弯转磁场以及引出磁场进行调控；聚焦磁场强度5
‑
10mT时，元素质荷比大的元素进入磁过滤弯管的含量大，反之亦然；弯转磁场0
‑
30mT时，质荷比小的容易损失；引出磁场0
‑
5mT时，引出束流强度最大。因此，在调控三种磁场时，可以方便实现等离子体中不同元素含量、分布的调控，实现均匀沉积。
[0024]优选的，所述基体样品沉积前采用气体离子源对样品进行大束流刻蚀；
[0025]其中，所述气体离子源的负压为400
‑
600V，清洗时间为20
‑
30min。
[0026]优选的，所述基体样品进行金属离子源清洗，起弧电流120A，束流强度1
‑
2A，清洗时间20
‑
30min，样品清洗过程最高温度500℃，清洗后表面粗糙度0.1
‑
1μm。
[0027]本专利技术利用沉积的手段进行清洗，通过控制负压在400
‑
600V，时间20
‑
30min，能方便实现清洗，而且没有金属沉积在样品上；小于400V时，样品表面会发生沉积；大于600V时会发生打火和温度过高，对样品会发生破坏；400
‑
500V，表面粗糙度可控制在0.3
‑
0.5μm；500
‑
550V表面粗糙度0.5
‑
1μm，550
‑
600V表面粗糙度0.1μm，随着电压增加粗糙度先增加后减少。
[0028]优选的，所述基体样品大束流刻蚀前需进行超声波清洗，清洗温度70
‑
85℃，震动功率150W，频率10
‑
100Hz，清洗时间10
‑
50min。
[0029]如上述所述方法制备的高熵合金涂层。
[0030]优选的，所述涂层的密度为0.85以上，内应力小于300MPa。
[0031]如上述所述方法采用的沉积装置，包括至少一个等离子体发生装置、磁过滤装置和真空腔室，所述等离子体发生装置、所述磁过滤装置和所述真空腔室依次连接；
[0032]其中，所述等离子体发生装置包括依次连接的弧源阴极靶、阳极筒和过渡直筒，所述阳极筒设有第一脉冲磁场，所述过渡直筒依次设有第二脉冲磁场和第三脉冲磁场；
[0033]所述磁过滤装置包括磁过滤管道和磁过滤器出口，所述磁过滤管道一端与所述过渡直筒连接，另一端与所述磁过滤器出口连接，所述磁过滤管道为弯管，在弯道处设有弯转磁场，在所述磁过滤管道上靠近本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采用双脉冲技术制备的高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将等离子体依次通过脉冲磁场、扫描磁场和脉冲电场处理后沉积在基体样品表面形成高熵合金涂层。2.根据权利要求1所述的一种采用双脉冲技术制备的高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述脉冲磁场分为依次设置的第一脉冲磁场、第二脉冲磁场和第三脉冲磁场；其中，所述第一脉冲磁场的磁场强度为0
‑
100mT，脉冲频率为10
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100Hz；所述第二脉冲磁场的磁场强度为
‑
50
‑
0mT，脉冲频率为10
‑
50Hz；所述第三脉冲磁场的磁场强度为
‑
10
‑
10mT，脉冲频率为10
‑
50Hz；所述第二脉冲磁场方向与所述第一脉冲磁场方向相反，所述第三脉冲磁场方向与所述第二脉冲磁场方向相同。3.根据权利要求1所述的一种采用双脉冲技术制备的高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述扫描磁场分为第一扫描磁场和第二扫描磁场；其中，所述第一扫描磁场的磁场强度为
‑
20
‑
20mT，脉冲频率为10
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100Hz；所述第二扫描磁场的磁场强度为
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20
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20mT，脉冲频率为10
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100Hz；所述第一扫描磁场和所述第二扫描磁场方向互相垂直，且在同一面内。4.根据权利要求1所述的一种采用双脉冲技术制备的高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述脉冲电场的强度最高为1MW，脉宽1
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5μs。5.根据权利要求1所述的一种采用双脉冲技术制备的高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述等离子体通过脉冲磁场作用后依次经过聚焦磁场、弯转...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖斌，欧阳潇，陈琳，欧阳晓平，罗军，庞盼，张旭，吴先映，英敏菊，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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