高功率脉冲磁控溅射制备纳米复合高熵碳化物(CuNiTiNbCr)Cx薄膜

高熵碳化物薄膜的脆性限制了其在高承载、长周期服役条件下的应用.精细设计的纳米复合结构可以在不损失薄膜强度前提下显著提高薄膜的韧性.采用高功率脉冲磁控溅射技术制备以非晶为基体连续相,以碳化物陶瓷相为分散相的非晶-晶体的高熵碳化物(CuNiTiNbCr)Cx薄膜,研究不同C2H2气体流量(FC)对薄膜成分、结构、力学性能和摩擦学性能的影响.采用能谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线光电子能谱分析薄膜的成分、形貌、结构及各元素的化学状态,进一步采用纳米压痕以及球-盘式摩擦磨损试验机对薄膜的硬度、模量和摩擦磨损性能进行表征.结果表明,随着乙炔气体流量的增加,薄膜中碳含量逐渐增加,结构从非晶转变为非晶-晶体的纳米复合结构.纳米复合结构薄膜的硬度随着乙炔流量的增加逐渐增加,这是因为薄膜中生成大量碳化物陶瓷相,薄膜硬度最高为20 GPa.纳米复合薄膜呈现优异的摩擦学性能,在FC=3 mL/min时,薄膜的摩擦性能达到最优,其磨损量为2.9×10?6 mm3/Nm.综上,采用高功率脉冲磁控溅射技术可以精细调控薄膜结构,制备出强韧一体化、耐磨减摩的纳米复合结构(CuNiTiNbCr)Cx薄膜.