本发明属于无机材料
技术领域：
，涉及高熵合金涂层技术，具体涉及一种刃具用alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法，用于刃具上能够有效改善刃具的强度、硬度和耐摩擦性。
背景技术：
：近十年来，传统合金已经相当全面的研究，但目前有关高熵合金的研究还处于探索性阶段，虽然专家学者对高熵合金的元素组成和含量、制备工艺及组织性能等进行大量研究，但尚未形成较成熟的理论。传统刃具材料一般是各种硬质合金，传统刃具性能的提高普遍在于改变刃具自身材料，但现在满足高标准高要求的刃具材料不适于普及应用，也暂时没有合适的替代品，目前国内刃具在性能上远低于进口的高精端刀具。中国专利cn201711014188.5a在fecocrnimn高熵合金的基础上，添加少量的n元素，通过熔炼法制备含氮fecocrnimn高熵合金，并通过冷轧和退火，在保持高塑性的前提下，明显提高合金的强度。由于氮化物薄膜镀制在刃具上结合力不足，以至于形成元素组成的高熵合金如a1tifenicucr、alcrmnmonizr涂层氮化物薄膜容易脱落。技术实现要素：为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种刃具用alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法，通过直流磁控溅射工艺在刃具表面形成高熵合金氮化物薄膜涂层，有效避免常规刃具不必要的磨损和消耗，使刃具性能达到最大化，降低刃具成本的同时提高刃具的使用寿命。本发明的上述目的通过以下技术方案实现：一种刃具用alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法，具体地，包括以下步骤：(1)基体预处理：对基体进行打磨抛光处理，用丙酮超声清洗5～10min，风向与所述基体表面成一定角度吹干；(2)制备薄膜涂层：准备alcrfemnni等原子比高熵合金靶，在高纯氩气和高纯氮气气氛下，将磁控溅射机炉内清理干净并预热，再将步骤(1)预处理后的基体放入上述磁控溅射机真空腔室内，抽真空至2×10-5torr，编程设置靶电流、基本偏压和氩气流量参数后，通过直流磁控溅射工艺先对所述基体和靶材进行反溅清洗30min，再在上述基体表面沉积薄膜涂层，随炉冷却，即得。在一些优选的实施方式中，对基体进行打磨抛光、超声清洗后，采用风向与所述基体表面成45°角吹干，主要是为防止酒精吹干后留下痕迹，影响薄膜质量，同时尽量使用热风吹干，热风吹干较快，避免杂质吸附在基体表面。优选的，步骤(1)中，所述的基体为直径25mm、厚度6mm的gcr15钢圆块。优选的，步骤(2)中，所述磁控溅射机为由真空系统、电源系统、控制系统和冷却系统组成的闭合场非平衡磁控溅射离子镀系统。更优选的，步骤(2)中，所述控制系统包括位于所述alcrfemnni等原子比高熵合金靶周围且对称分布的若干个磁控管。优选的，步骤(2)中，所述靶电流为1～2a，基本偏压为-400v，和氩气流量为20sccm，氩气流量通过气瓶流量调整和磁控溅射仪能够持续不断的稳定提供。优选的，步骤(2)中，所述氩气的纯度为99.99％。优选的，步骤(2)中，所述氮气的纯度为99.99％。本发明的第二方面，一种刃具用alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层由上述alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法制得。本发明的第三方面，一种刀具，其表面包括上述刃具用alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：一、本发明通过磁控溅射工艺在刃具表面形成alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层，有效避免常规刃具不必要的磨损和消耗，使刃具性能达到最大化，降低刃具成本的同时提高刃具的使用寿命，增强我国国内刃具的竞争力，具有广泛的应用前景。二、本发明的制备方法易于大批量生产，结构简单，可以显著提高刃具产品的可靠性，具有很大的实用性和推广价值。附图说明图1为本发明中球/平面接触示意图；其中，1-基体，2-薄膜，3-对磨球；图2为本发明中不同溅镀电流下薄膜的断口形貌sem照片；图3为传统喷涂涂层技术中不同电流下薄膜的断口形貌sem照片。具体实施方式下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，以下实验方法如无特殊说明均为常规方法，试剂与材料无特殊说明均市售可得。按如下方法制备刃具用alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层，具体为：先对直径25mm、厚度6mm的gcr15钢圆块基体打磨抛光处理，用丙酮超声清洗5～10min，风向与基体表面成一定角度吹干；再准备alcrfemnni等原子比高熵合金靶，在纯度均为99.99％的高纯氩气和高纯氮气气氛下，将磁控溅射机炉内清理干净并预热，再将预处理后的基体放入上述磁控溅射机真空腔室内，抽真空至2×10-5torr，编程设置靶电流为1-2a、基本偏压为-400v，和氩气流量为20sccm后，通过直流磁控溅射工艺先对基体和靶材进行反溅清洗30min，再在上述基体表面沉积薄膜涂层，随炉冷却，即得。其中，磁控溅射机为由真空系统、电源系统、控制系统和冷却系统组成的闭合场非平衡磁控溅射离子镀系统，且控制系统包括位于alcrfemnni等原子比高熵合金靶周围且对称分布的若干个磁控管。实施例1-5实施例1-5按照上述制备方法制备刃具用alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层，不同之处在于实施例1-5的靶电流分别为1a、1.25a、1.5a、1.75a和2a；并通过sem扫描电镜观察薄膜断面，结果如附图2所示；按国家标准测试薄膜涂层的硬度、以及薄膜涂层与刃具基材的结合力，结果如表1和2所示。对比例1-5按照传统喷涂涂层技术制备alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层，对比例1-5的不同之处仅在于采用的喷涂电流分别为1a、1.25a、1.5a、1.75a和2a；并通过sem扫描电镜观察薄膜断面，结果如附图3所示；测试薄膜涂层的硬度、以及薄膜涂层与刃具基材的结合力，结果如表1和2所示。参见附图2，可以看出本发明中薄膜涂层的断面为柱状结构，并且随着电流的增加，柱状结构逐渐消失，薄膜致密性提高；参见附图3传统喷涂涂层技术中薄膜断面的sem照片，可以看出薄膜的表面粗糙，薄膜表面的涂层分布不均匀，还有轻度的刮痕，随着电流的增加，薄膜致密性逐渐提高。如表1所示，在保证实验基体和参数等一致性条件下，对比高熵合金涂层和喷涂涂层方法得到的涂层硬度可以直观看到，高熵合金涂层下的硬度远高于现有技术下的喷涂涂层硬度，涂层硬度提高了近3倍。如表2所示，在保证实验基体和参数等一致性条件下，对比高熵合金涂层和喷涂涂层方法得到涂层与基体的结合力可以看出，高熵合金涂层的刃具表面结合力远高于传统涂层刃具表面结合力，提高了2倍以上。综上所述，本发明的制备方法制备的刃具用alcrfemnni高熵合金氮化物薄膜涂层用于刃具上能够显著改善刃具的强度、硬度和耐摩擦性。表1不同电流下涂层的硬度测试数据实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5硬度(gpa)30.523.920.025.834.4对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5硬度(gpa)8.411.310.29.511.2表2不同电流下涂层与基体的结合力测试数据实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5结合力(n)57.761.662.379.284.4对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5结合力(n)24.728.531.138.935.6以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。当前第1页12