本发明属于表面处理领域，特别涉及采用磁控溅射技术制备高熵合金涂层。
背景技术：
低碳钢具有较低的强度和硬度，其塑性和韧性较好。因此，其冷成形性良好，可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。另外，这种钢还具有良好的焊接性，因此获得了广泛的应用，但其表面耐磨性和耐蚀性差限制了其应用。高熵合金具备传统合金所无法比拟的优异性能，如高强度、高硬度、高耐蚀、高耐磨、高韧性等，通过添加一定的增强相可以进一步提高其硬度和耐磨性。其中crn、aln相具有优良的热稳定性、较高硬度、良好的耐磨性和抗腐蚀性，可作为增强相用于涂层的制备。采用高能束熔覆等技术能够制备涂层，并且与基体具有良好的结合性能，但在熔覆过程中因高能束加热的高温使得涂层变形大、成分不易控制，只能用于耐磨的场合，而在精密零部件的使用中需要进一步机械加工。
磁控溅射法具有基体低温、对基体损伤小等特点，因此，采用磁控溅射利用其在溅射过程中形成氮化物增强相的特点形成涂层，有利于降低涂层应力，提高涂层结合力，而且通过在反应溅射过程中提高n2的离子化，增强n的活性并提高其化学反应，提高增强相的比例。
在低碳钢基体上沉积氮化物增强高熵合金涂层，能够充分利用高熵合金高硬度、高耐磨性、高韧性的特点，其中的cr、ni、fe等元素能够很好提高涂层与低碳钢的结合力，并且氮化物可以提高涂层耐磨性和硬度等。
技术实现要素：
本发明针对低碳钢耐磨性、耐蚀性差的缺点，通过磁控溅射提高低碳钢耐磨性和耐蚀性，可用于高精度零件提高耐磨性的情形，其制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、对预涂工件表面进行预处理，其材料通常为钢，用砂轮或砂纸打磨其表面进行除锈、除毛刺和飞边，用丙酮清除表面的油污。
步骤二、将单质金属粉cr、cu、fe、ni、al采用球磨混合工艺进行合金化，每一种单质金属粉的纯度为99.5~100%，粉末粒径为30~120μm；其中cr、cu、fe、ni、al的质量比为1~1.1:1.2~1.3:1.2~1.4:1.3~1.5:0.5~0.6，采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为2.6~3∶1，密封后打开真空阀抽真空20~30分钟，然后将钢制球磨罐放入行星式球磨机，转速为260~320r/min，倒向频率35~45hz，球磨混料时间为60~80分钟。随后，将粉末放入氩气保护下的加压烧结炉中，加压200~350mpa，烧结温度范围为950~1070℃，保温2~8分钟，烧结制成高熵合金靶。
步骤三、将高熵合金靶置于磁控溅射设备的直流阴极上，关闭磁控溅射设备的真空室，抽真空至2.1×10-2pa~2×10-3pa，通入ar气调节气体流量计的流量，使气压稳定在1~6pa范围内，并打开负偏压电源，将负偏压调至450～900v范围，对预涂工件进行离子轰击辉光清洗，清洗时间10~20分钟。
步骤四、清洗完毕后启动磁控溅射设备的加热器对预涂工件加热，在真空室先通入10~45升/分的氩气和氮气混合气，其中氩气：氮气的流量比为1:2.1~3.2，工作气压保持在0.3~4.5pa，靶间距保持在30~65mm之间，保持预涂工件温度在190～210℃、基体偏压为0.3～0.4kv、溅射电流为0.1～0.75a下进行反应磁控溅射，磁控溅射时间5～36分钟。
步骤五、反应磁控溅射完毕即得到aln、crn增强的alcrcufeni高熵合金涂层。
本发明的有益效果：
（1）本发明的工艺方法采用高熵合金作为耐磨涂层的基体，使涂层具有更高的韧性、强度和耐磨性。
（2）本发明采用磁控溅射具有基体温度低，变形小，避免了熔覆高温的缺点，可用于制造高精度的耐磨零件。
（3）采用在n2气氛中进行反应磁控溅射，涂层弥散分布有细小的氮化物，能够进一步增强涂层的耐磨性。
具体实施方式
实施例1：
本发明采用反应磁控溅射技术制备高熵合金涂层，其制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、对预涂工件表面进行预处理，其材料通常为钢，用砂轮或砂纸打磨其表面进行除锈、除毛刺和飞边，用丙酮清除表面的油污；
步骤二、将单质金属粉cr、cu、fe、ni、al采用球磨混合工艺进行合金化，各单质粉的纯度为99.5~100%，粉末粒径为30~120μm；其中cr、cu、fe、ni、al的质量比为1:1.2:1.2:1.3:0.5，采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为2.6∶1，密封后打开真空阀抽真空20分钟，然后将钢制球磨罐放入行星式球磨机，转速为260r/min，倒向频率35hz，球磨混料时间为60分钟。随后，将粉末放入氩气保护下的加压烧结炉中加压200mpa，烧结温度范围为950℃，保温2分钟，烧结制成高熵合金靶。
步骤三、将高熵合金靶置于磁控溅射设备的直流阴极上，关闭磁控溅射设备的真空室，抽真空至2.1×10-2pa，通入ar气调节气体流量计的流量，使气压稳定在1~3pa范围内，并打开负偏压电源，将负偏压调至450v范围对预涂工件进行离子轰击辉光清洗，清洗时间10分钟。
步骤四、清洗完毕后启动磁控溅射设备的加热器对预涂工件加热，在真空室先通入10升/分的氩气和氮气混合气，其中氩气：氮气的流量比为1:3.2，工作气压保持在0.3pa，靶间距保持在30mm之间，保持预涂工件温度在190℃、基体偏压为0.3kv、溅射电流为0.1a~0.15a下进行反应磁控溅射，控制磁控溅射时间为5分钟。
步骤五、反应磁控溅射完毕即得到aln、crn增强的alcrcufeni高熵合金涂层。
经实验表明，采用反应磁控溅射可以获得耐磨高熵合金涂层，涂层中氮化物aln、crn细小均匀，钢基体的变形较小，可以用于高精度的耐磨场合。
实施例2：
本发明采用反应磁控溅射技术制备高熵合金涂层，其制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、对预涂工件表面进行预处理，其材料通常为钢，用砂轮或砂纸打磨其表面进行除锈、除毛刺和飞边，用丙酮清除表面的油污；
步骤二、将单质金属粉cr、cu、fe、ni、al采用球磨混合工艺进行合金化，各单质粉的纯度为99.5~100%，粉末粒径在30~120μm；其中cr、cu、fe、ni、al的质量比为1.1:1.2:1.4:1.5:0.6，采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为3∶1，密封后打开真空阀抽真空30分钟，然后将钢制球磨罐放入行星式球磨机，转速为320r/min，倒向频率45hz，球磨混料时间为80分钟。随后，将粉末放入氩气保护下加压烧结炉中加压350mpa，烧结温度范围为1070℃，保温8分钟，烧结制成高熵合金靶。
步骤三、将高熵合金靶置于磁控溅射设备的直流阴极上，关闭磁控溅射设备的真空室，抽真空至5×10-3pa，通入ar气调节气体流量计的流量，使气压稳定在6pa范围内，并打开负偏压电源，将负偏压调至900v范围对预涂工件进行离子轰击辉光清洗，清洗时间20分钟。
步骤四、清洗完毕后启动磁控溅射设备的加热器对预涂工件加热，在真空室先通入45升/分的氩气和氮气混合气，其中氩气：氮气的流量比为1:3.2，工作气压保持在4.5pa，靶间距保持在65mm之间，保持预涂工件温度在210℃、基体偏压为0.4kv、溅射电流为0.65a~0.75a下进行反应磁控溅射，时间为36分钟。
步骤五、反应磁控溅射完毕即得到aln、crn增强的alcrcufeni高熵合金涂层。
经实验表明，采用反应磁控溅射可以获得耐磨高熵合金涂层，涂层中氮化物aln、crn细小均匀，钢基体的变形较小，可以用于高精度的耐磨场合。
实施例3：
本发明采用反应磁控溅射技术制备高熵合金涂层，其制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、对预涂工件表面进行预处理，其材料通常为钢，用砂轮或砂纸打磨其表面进行除锈、除毛刺和飞边，用丙酮清除表面的油污；
步骤二、将单质金属粉cr、cu、fe、ni、al采用球磨混合工艺进行合金化，各单质粉的纯度为99.5~100%，粉末粒径在30~120μm；其中cr、cu、fe、ni、al的质量比为1:1.3:1.4:1.3:0.5，采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为2.8∶1，密封后打开真空阀抽真空25分钟，然后将钢制球磨罐放入行星式球磨机，转速为280r/min，倒向频率40hz，球磨混料时间为70分钟。随后，将粉末放入氩气保护下的加压烧结炉中加压300mpa，烧结温度范围为1020℃，保温6分钟，烧结制成高熵合金靶。
步骤三、将高熵合金靶置于磁控溅射设备的直流阴极上，关闭磁控溅射设备的真空室，抽真空至2×10-3pa，通入ar气调节气体流量计的流量，使气压稳定在4pa范围内，并打开负偏压电源，将负偏压调至600v范围对预涂工件进行离子轰击辉光清洗，清洗时间15分钟。
步骤四、清洗完毕后启动磁控溅射设备的加热器对预涂工件加热，在真空室先通入25升/分的氩气和氮气混合气，其中氩气：氮气的流量比为1:3，工作气压保持在2.5pa，靶间距保持在45mm之间，保持预涂工件温度在200℃、基体偏压为0.35kv、溅射电流为0.5a~0.55a下进行反应磁控溅射，时间为30分钟。
步骤五、反应磁控溅射完毕即得到aln、crn增强的alcrcufeni高熵合金涂层。
经实验表明，采用反应磁控溅射可以获得耐磨高熵合金涂层，涂层中氮化物aln、crn细小均匀，钢基体的变形较小，可以用于高精度的耐磨场合。
实施例4：
本发明采用反应磁控溅射技术制备高熵合金涂层，其制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、选择预涂工件45钢表面进行预处理，用砂纸打磨其表面进行除锈、除毛刺和飞边，用丙酮清除表面的油污；
步骤二、将单质金属粉cr、cu、fe、ni、al采用球磨混合工艺进行合金化，各单质粉的纯度为99.5~100%，粉末粒径为30~120μm；其中cr、cu、fe、ni、al的质量比为1:1.3:1.4:1.5:0.6，采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为2.9∶1，密封后打开真空阀抽真空25分钟，然后将钢制球磨罐放入行星式球磨机，转速为310r/min，倒向频率41hz，球磨混料时间为72分钟。随后，将粉末放入氩气保护下的加压烧结炉中加压280mpa，烧结温度范围为1010℃，保温5分钟，烧结制成高熵合金靶。
步骤三、将高熵合金靶置于磁控溅射设备的直流阴极上，关闭磁控溅射设备的真空室，抽真空至8×10-3pa，通入ar气调节气体流量计的流量，使气压稳定在1~2pa范围内，并打开负偏压电源，将负偏压调至450v范围对预涂工件进行离子轰击辉光清洗，清洗时间15分钟。
步骤四、清洗完毕后启动磁控溅射设备的加热器对预涂工件加热，在真空室先通入20升/分的氩气和氮气混合气，其中氩气：氮气的流量比为1:2.2，工作气压保持在0.3~0.5pa，靶间距保持在35mm之间，保持预涂工件温度在200℃、基体偏压为0.35kv、溅射电流为0.25a~0.3a下进行反应磁控溅射，控制磁控溅射时间为16分钟。
步骤五、反应磁控溅射完毕即得到aln、crn增强的alcrcufeni高熵合金涂层。
经实验表明，采用反应磁控溅射可以获得耐磨高熵合金涂层，涂层中氮化物aln、crn细小均匀，钢基体的变形较小，可以用于高精度的耐磨场合。