一种抗冲蚀(TiCrVZrNb)N高熵氮化物陶瓷涂层及其应用

本发明属于新材料，涉及一种抗冲蚀高熵氮化物陶瓷涂层及其应用。

背景技术：

1、目前，传统抗冲蚀涂层以真空镀膜单层氮化物陶瓷涂层、金属/陶瓷多层结构涂层或热喷涂碳化物陶瓷/金属复合涂层为主，由于使用环境的自然因素和工况因素对涂层结构和性能要求非常高，因此开发新的抗冲蚀涂层材料体系对抗冲蚀涂层具有十分重要的意义。

2、高熵陶瓷灵感源于高熵合金，是混合了高熵碳化物、硼化物、氧化物和氮化物等一系列陶瓷的新型陶瓷。大多数高熵陶瓷通过五种及多种等原子过渡族金属或稀土金属组成晶体中的阳离子位点，而晶体中的阴离子位点通常则由非金属元素占据。高熵陶瓷表现出低导热性和导电性，由于细小晶粒表现出高硬度、良好的耐腐蚀性、高温抗氧化性、高温相稳定性等一系列优异的性，因此高熵陶瓷成为热障涂层(tbc)、环境障涂层(ebc)和耐磨耐蚀涂层材料的绝佳候选者，在超高温、航空航天等领域具有较大的发展前景。

3、目前对涂层的技术方案主要存在以下缺点：磁控溅射主要不足体现在离化率低、膜基结合力较差和较低的沉积速率等；多弧离子镀伴随着电弧放电蒸发过程中伴随着金属熔滴的发射和大颗粒组织缺陷的形成，影响镀膜质量；热喷涂则难以控制涂层在微米量级；传统的热压烧结主要存在的问题是需对烧结试样进行较长时间保温处理，并且烧结所得试样致密度较低；而传统单层陶瓷涂层的不足则主要是单层的陶瓷涂层内应力较大、脆性高、断裂韧性低，且一般为柱状晶结构，存在一定数量的间隙，影响涂层整体抗冲蚀性能。

4、鉴于上述原因，亟需研究一种抗冲蚀性能优异的高熵陶瓷涂层。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，研究出一种抗冲蚀(ticrvzrnb)n高熵氮化物陶瓷涂层及其应用，所述高熵氮化物陶瓷涂层为单相fcc结构，其组成表示为：(ticrvzrnb)n，具体以tin，crn，vn，zrn和nbn为原料制得。所述高熵氮化物陶瓷涂层硬度达到38～40gpa，且具有优异的抗冲蚀性、较强的膜基界面结合强度，丰富了抗冲蚀防护涂层领域的材料体系与设计思路，从而完成了本发明。

2、具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

3、第一方面，提供一种高熵氮化物陶瓷涂层，所述高熵氮化物陶瓷涂层为单相fcc结构，其组成表示为：(ticrvzrnb)n。

4、其中，所述高熵氮化物陶瓷涂层的硬度为38～40gpa。

5、其中，所述高熵氮化物陶瓷涂层以tin，crn，vn，zrn和nbn为原料。

6、其中，所述tin，crn，vn，zrn和nbn的混合比例为等摩尔比。

7、其中，所述tin，crn，vn，zrn和nbn的纯度均为99.9％以上。

8、第二方面，提供一种制备第一方面所述高熵氮化物陶瓷涂层的制备方法，所述方法包括：

9、步骤1，将tin，crn，vn，zrn和nbn混合研磨，获得氮化物陶瓷混合粉末；

10、步骤2，将所述氮化物陶瓷混合粉末烧结，制得所述高熵氮化物陶瓷涂层。

11、其中，在步骤2中，所述烧结包括：保持压力为20～40mpa，以80～120℃/min的升温速率从常温升温至1200～1350℃，之后以30～60℃/min的升温速率升温至1600～1820℃，此时保温5～20min。

12、其中，在步骤2中，所述烧结包括：保持压力为25～35mpa，以90～110℃/min的升温速率从常温升温至1250～1310℃，之后以45～55℃/min的升温速率升温至1600～1800℃，此时保温8～15min。

13、其中，在步骤2中，所述烧结以惰性气体为保护气体。

14、第三方面，提供根据第一方面所述的高熵氮化物陶瓷涂层或根据第二方面所述方法制得的高熵氮化物陶瓷涂层在抗冲蚀涂层方面的应用。

15、本发明所具有的有益效果包括：

16、(1)本发明提供的高熵氮化物陶瓷涂层为单相fcc结构，硬度达为38～40gpa。

17、(2)本发明提供的高熵氮化物陶瓷涂层的制备方法，相较于热压烧结，有效降低保温时间，烧结速度快，效率提高，更重要的是实现了较低的温度下的致密化提高。

18、(3)本发明提供的高熵氮化物陶瓷涂层的制备方法，烧结过程中晶粒受直流脉冲电流和垂直单向压力的作用，加强体扩散和晶界扩散，进而加速致密化的进程。

19、(4)本发明提供的高熵氮化物陶瓷涂层的制备方法，所述高熵氮化物陶瓷涂层的厚度可调，且膜基界面结合强，力学性能优异。

技术特征：

1.一种高熵氮化物陶瓷涂层，其特征在于，所述高熵氮化物陶瓷涂层为单相fcc结构，其组成表示为：(ticrvzrnb)n。

2.根据权利要求1所述的高熵氮化物陶瓷涂层，其特征在于，优选的，所述高熵氮化物陶瓷涂层的硬度为38～40gpa。

3.根据权利要求1所述的高熵氮化物陶瓷涂层，其特征在于，所述高熵氮化物陶瓷涂层以tin，crn，vn，zrn和nbn为原料。

4.根据权利要求1所述的高熵氮化物陶瓷涂层，其特征在于，所述tin，crn，vn，zrn和nbn的混合比例为等摩尔比。

5.根据权利要求1所述的高熵氮化物陶瓷涂层，其特征在于，所述tin，crn，vn，zrn和nbn的纯度均为99.9％以上。

6.一种制备权利要求1至5任一项所述高熵氮化物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述烧结包括：保持压力为20～40mpa，以80～120℃/min的升温速率从常温升温至1200～1350℃，之后以30～60℃/min的升温速率升温至1600～1820℃，此时保温5～20min。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述烧结包括：保持压力为25～35mpa，以90～110℃/min的升温速率从常温升温至1250～1310℃，之后以45～55℃/min的升温速率升温至1600～1800℃，此时保温8～15min。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述烧结以惰性气体为保护气体。

10.根据权利要求1至5任一项所述的高熵氮化物陶瓷涂层或根据权利要求6至9任一项所述方法制得的高熵氮化物陶瓷涂层在抗冲蚀涂层方面的应用。

技术总结本发明公开了一种抗冲蚀(TiCrVZrNb)N高熵氮化物陶瓷涂层及其应用，所述高熵氮化物陶瓷涂层为单相FCC结构，其组成表示为：(TiCrVZrNb)N，具体以TiN，CrN，VN，ZrN和NbN为原料制得。所述高熵氮化物陶瓷涂层硬度达到38～40Gpa，且具有优异的抗冲蚀性、较强的膜基界面结合强度，丰富了抗冲蚀防护涂层领域的材料体系与设计思路。技术研发人员：杨巍,程赵辉,邵文婷,刘赟姿,徐大鹏,卢帅丹,陈建受保护的技术使用者：西安工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5