高熵合金氮化物薄膜的研究进展

基于多元高熵合金思想制备的高熵合金氮化物薄膜由于多种元素相互混合,易于产生高熵效应、晶格畸变效应和缓慢扩散效应,使得该新型薄膜体系形成简单的非晶结构和纳米晶结构。依赖于成分和制备工艺,多元高熵合金氮化物薄膜表现出简单的固溶体结构和优异的性能,因而在许多领域极具应用潜力。综述了高熵合金氮化物薄膜的发展概况、组织特点、性能特征、制备方法和应用前景,并对高熵合金氮化物薄膜的发展方向进行了展望。     

磁控溅射温度对Zr-N薄膜扩散阻挡性能的影响

在不同的沉积温度下,用射频反应磁控溅射的方法在Si(100)衬底和Cu膜间制备了Zr-N阻挡层.用四探针电阻测试仪(FPP)、AFM、XRD、AES研究了沉积温度对Zr-N薄膜扩散阻挡性能的影响.沉积态的XRD、AFM结果表明,随着沉积温度的升高,Zr-N薄膜的结构由非晶态向晶态转变,晶粒的尺寸增大;650℃退火后的FPP、XRD、AES的对比结果说明沉积温度的升高有利于提高Zr-N薄膜的扩散阻挡性能.     

N含量对Ta-Si-N扩散阻挡层阻挡性能的影响

采用磁控反应溅射技术在p型Si(111)衬底上制备了Ta-Si-N薄膜与Cu/Ta-Si-N复合结构,并对样品进行了快速热处理.用四探针电阻测试仪、原子力显微镜、X射线衍射和扫描电镜等对样品的电阻、形貌、结构与特性进行了分析表征.实验结果表明,随着N含量的增加,Ta-Si-N薄膜的方块电阻单调增加,表面粗糙度则先减小后增大;Ta-Si-N阻挡层的阻挡性能随N含量的增加而有所增强,但当N含量过大时,阻挡性能的提升并不明显;沉积态的Ta-Si薄膜为纳米晶结构,掺入N后,薄膜成为非晶态,但在高温热处理后Ta-Si-N薄膜重新结晶,铜原子主要通过晶界扩散并与Si反应,导致阻挡层失效.     

元素Cu对Cu_xAlFeNiCrTi(x=0,0.5,1.0)高熵合金组织性能的影响

高熵合金具有许多优异性能,目前对其研究还不够深入。利用真空电弧熔炼炉制备了Cu_xAlFeNiCrTi(x=0,0.5,1.0)高熵合金,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和磨损试验对该高熵合金的微观组织及其性能进行了一系列测试,探究不同含量的Cu元素对合金性能的影响。结果表明:合金组织为树枝晶,主要是由体心立方(BCC)相和面心立方(FCC)相组成;随着Cu元素含量的增加,FCC相含量也在增加,合金的硬度降低;随Cu元素含量的增加,合金的摩擦系数减小,磨损失重和磨损体积增大,即合金耐磨性降低。     

FeCoNiMoCr高熵合金薄膜电极的电催化析氧性能

用磁控溅射法在Ti基底上沉积了FeCoNiMoCr高熵合金薄膜并制成电极,用SEM和EDS观察和分析了电极表面和横截面的形貌和元素分布,用表面轮廓测量仪测量了电极的表面粗糙度,用XRD分析了电极的物相和结构,使用电化学工作站表征了电极的电化学性能.结果 表明,电极的表面粗糙、元素分布均匀,电极上的膜厚约为2.40 μm...     

钴对AlFeCuCrNi高熵合金组织和性能的影响

采用真空电弧熔炼技术制备了AlFeCuCrNiCox(x=0,0.5,1.0)合金体系,通过光学显微镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪以及透射电镜研究了在AlFeCuCrNi合金中加入钴元素后显微组织及结构的变化,并对合金系的显微硬度、热稳定性及耐腐蚀性进行了研究。结果表明:AlFeCuCrNiCox(x=0,0.5,1.0)合金的显微组织均为树枝晶;合金的物相组成均为简单的体心立方和面心立方的混合结构,钴元素的加入会使合金中体心立方和面心立方的晶格常数均有所减小;所有合金均存在成分偏析现象,钴元素的加入加剧了合金中铜元素的偏析,但促进了其他元素的均匀化;钴元素的加入使合金显微硬度提高,耐腐蚀性增加;所有合金均具有较好的热稳定性。     

射频磁控溅射制备（AlCrTiZrNb）N高熵合金薄膜的微观组织和力学性能

研究了氮含量对(AlCrTiZrNb)N高熵合金薄膜微观结构和力学性能的影响,利用射频磁控溅射工艺在不同N₂和Ar流量比下制备了(AlCrTiZrNb)N高熵合金薄膜。结果表明,随着氮气流量的升高,(AlCrTiZrNb)N薄膜的沉积速率逐渐下降,AlCrTiZrNb合金薄膜的结构由非晶态转变为由Me-N(金属氮化物)构成的面心立方固溶体结构,(AlCrTiZrNb) N薄膜的择优生长取向为(200)晶面。同时随着N₂流量的增加,(AlCrTiZrNb) N高熵合金薄膜的硬度首先快速升高,随后略微降低。当N₂:Ar=1:1时,(AlCrTiZrNb)N薄膜硬度最大值28.324 GPa,此时(AlCrTiZrNb) N薄膜呈现单一的面心立方固溶体结构,饱和Me-N相的形成与各元素的固溶强化作用是其硬度的增长的主要原因。     

环境和法向载荷对(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜摩擦学性能的影响

本工作研究了(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜在干摩擦、16烷、去离子水及三种粘度润滑油(0W-20、10W-30及5W-40)下的摩擦学行为,并探究了不同载荷(1 N、2 N和3 N)对其摩擦学性能的影响。结果表明：1 N和2 N下,高熵合金薄膜在16烷和润滑油中的摩擦系数远低于在干摩擦和去离子水中的摩擦系数,但在3 N下,高熵合金薄膜在去离子水中的摩擦系数出现大幅下降。在油润滑下,高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中的磨损率随载荷的增加而增大,而在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损率随载荷的增加而减小,但在高粘度润滑油(5W-40)中的磨损率与载荷之间无明显的线性关系。高熵合金薄膜在干摩擦中的磨损机制是磨粒磨损和分层磨损,但随载荷的增加还伴有氧化磨损;在16烷中的磨损机制是疲劳磨损和氧化磨损,但在1 N下仅为轻微磨粒磨损;在去离子水中的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中1 N下的磨损机制是轻微磨粒磨损,但随载荷的增加转为疲劳磨损;相反的是,在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损机制是疲劳磨损,但随载荷的增加转为轻微磨粒磨损;此外,高熵...     

铜含量对CoCrFeNi高熵合金组织结构和性能的影响

通过设计不同Cu含量的CoCrFeNi高熵合金,筛选出一种具有较高强度和导电性的Cu基高熵合金。采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、力学性能测试机、电阻测试仪研究了铸态CoCrFeNiCux(x=1,2,3,4,5)高熵合金的组织、力学和导电性能。当x=1,2时,合金为FCC单相;当x≥3时,合金除了FCC相外还存在其他析出相。当x=1时,合金的微观形貌由等轴晶组成;当x≥1时,合金的微观形貌是树枝晶和等轴晶形貌,枝晶间的Cu含量较高。合金的拉伸强度和伸长率均随着Cu含量的升高先降低后升高,其中CoCrFeNiCu3合金的综合力学性能最差,抗拉强度仅约120 MPa,伸长率不到1%。CoCrFeNiCu5合金具有最优异的综合力学性能,其抗拉强度约为370 MPa,伸长率约为11%。合金的电阻率随着Cu含量的升高逐渐降低,CoCrFeNiCu5合金的电阻率最低,导电性能最好,同时,电阻随着温度的升高而升高。测试了5种合金的热膨胀系数,其随着Cu含量的升高呈波浪性上升。结合拉伸测试和导电性能测试结果,CoCrFeNiCu5合金具有优异的综合力学性能和导电性能。     

Mo含量对CoCrFeNiMo高熵合金组织及耐蚀性能的影响

高熵合金由于具有优异的机械性能及耐蚀性能在涂层工业领域备受关注。采用同步送粉激光熔覆技术在Q235钢表面制备了CoCrFeNiMo_x高熵合金涂层,研究了涂层的组织结构和耐蚀性能,并结合第一性原理计算分析了涂层耐蚀机理。研究结果表明：CoCrFeNiMo_0.1、CoCrFeNiMo_0.2高熵合金涂层是由fcc相组成,而CoCrFeNiMo_0.3高熵合金涂层则由fcc相和σ相组成。合金的晶粒主要呈树枝晶,枝晶间富集Cr、Mo元素,枝晶内富集Co、Fe元素。在3.5%(质量分数)NaCl溶液中,CoCrFeNiMo_x高熵合金涂层具有优良的综合耐蚀性能;并且随着Mo元素含量的增加,涂层的腐蚀电位正移,腐蚀电流密度减少,钝化区间变长,阻抗弧半径增大,电极反应阻力增强。通过第一性原理计算证明,涂层较高的耐蚀性能与表面致密的钝化膜形成密切相关。     

氧化膜对6082铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响

对6 mm厚的6082-T6铝合金进行两种表面处理然后实施搅拌摩擦焊接,研究了对接面氧化膜对接头组织和疲劳性能的影响。结果表明,进行速度为1000 mm/min的高速焊接时,对接面未打磨和打磨的接头焊接质量都良好,接头强度系数达到81%;两种接头的疲劳性能基本相同,疲劳强度均为100 MPa;少数样品在焊核区外断裂,大部分样品在热影响区断裂。与接头相比,两种接头焊核区的疲劳性能有所提高,均为110 MPa,在疲劳测试中裂纹并未沿“S”线萌生和扩展。     

PBAT/PVA复合涂布膜阻隔性研究

目的 为改善PBAT膜的阻隔性,通过以戊二酸为交联剂改性PVA制备涂膜液,利用涂布法制备了具有高阻隔性的PBAT/PVA复合薄膜。方法 采用红外光谱、差示扫描量热仪、接触角测试仪、水蒸气透过率测试仪等对改性PVA单膜、PBAT/PVA复合膜的结构和性能进行研究。结果 表明由于戊二酸与PVA之间有一定的酯化作用,消耗PVA中部分羟基,从而提高了PVA的耐水性。戊二酸改性提高了PVA膜的疏水性,其接触角从11.3°提高到60.6°。与PBAT纯膜相比,涂覆了戊二酸的PVA涂膜液改性3 h后复合膜水蒸气透过率由647.95 g/(m²·24 h)降低到132.07 g/(m²·24 h)、氧气透过量由17 730.3 cm³/(m²·d·MPa)降低到396.6 cm³/(m²·d·MPa),证明改性3 h的PVA涂膜液对增加PBAT阻隔性最有帮助。结论 利用涂布法制备的PBAT/PVA复合薄膜具有较高阻隔性,为PBAT的广泛应用打下了基础。     

羟基化处理对氮化硼膜耐原子氧性能的影响

采用氢氧化钠溶液对六方氮化硼进行表面羟基化处理,以两种氮化硼和纤维素纳米纤维为原料通过真空抽滤层层自组装方法制备高氮化硼含量的柔性自支撑薄膜。在地面模拟空间环境中考察两种氮化硼膜的耐原子氧性能。结果表明:改性氮化硼膜比未改性膜的质量损失和剥蚀率分别下降了33%和38%。实验后两种薄膜表面呈现斑驳的"地毯状";主要元素发生了氧化,改性氮化硼膜中氧化硼含量更高;氮化硼晶体产生了晶格畸变。结合实验中两种氮化硼膜的行为变化,提出了其与原子氧的反应模型,分析了羟基化处理对氮化硼膜耐原子氧性能的影响。     

不同阻隔性包装材料对茶叶儿茶素含量的影响研究

选择了LDPE,BOPP/PE,BOPP/PET/PE,PT/AL/PE和BOPP/AL/PE等5种典型具有代表性的包装材料进行了茶叶贮藏试验,从儿茶素的角度比较了它们的处理效果。结果表明:不同阻隔性(阻气、阻湿、阻光)的包装材料对茶叶的儿茶素含量的影响存在极显著差异(P<0.01),从儿茶素角度来讲,包装材料的处理效果优劣依次为BOPP/AL/PE,BOPP/PET/PE,PT/AL/PE,BOPP/PE和LDPE;同时,茶叶需贮藏在常温或低温、干燥、避光、与氧隔绝的环境下,儿茶素才会相对比较稳定。     

溅射Cu膜方式对ZrN扩散阻挡层热稳定性的影响

用射频磁控反应溅射法在Si(111)单晶基体上沉积ZrN扩散阻挡层,随后在其上分别用直流脉冲平衡磁控溅射(BMS)和非平衡磁控溅射(UBMS)沉积Cu膜.用XRD分析Cu膜的结构,AES分析薄膜成分,AFM观察沉积态Cu膜的表面形貌.结果表明,UBMS沉积的Cu膜可有效抑制Cu与Si基体之间的扩散,提高ZrN扩散阻挡层的热稳定性,UBMS沉积的Cu膜对扩散地抑制作用与其致密的结构有关.     

钨酸钠含量对镁合金镍钨镀层性能的影响

目前,对镁合金表面镍钨合金镀层的研究多为化学镀镍钨磷三元镀层,工艺复杂,能耗高.采用电沉积法在AZ91D镁合金制备镍钨镀层,采用场发射扫描电镜(FESEM)、能谱成分分析(EDS)和X射线衍射(XRD)对镀层的表面形貌和成分进行分析,用维氏硬度计测量镀层硬度,测量AZ91D镁合金及镀层在3.5 ％NaCl溶液中极化曲线,并结合盐雾试验判定其耐腐蚀性,研究了镀液中钨酸钠含量对所得镀层性能的影响.结果表明:随着镀液中Na2WO4·2H2O浓度的增加,镀层钨含量不断增加,镍钨置换固溶体数量增加,从而起到提高镀层硬度和耐磨性、细化镀层晶粒、提高耐蚀性的效果;Na2 WO4·2H2O浓度超过65 g/L时,继续添加Na2WO4·2H2O对镀层优化作用减弱;当Na2WO4·2H2O浓度为75 g/L时,镀层钨含量为25.06％,硬度达483 HV,自腐蚀电位-1.124 V,自腐蚀电流10.80 μA/cm2,所制备的镍钨镀层对镁合金基体具有耐磨耐蚀保护作用.     

NiTi合金上沉积氮化碳薄膜的力学和血液相容性研究

采用磁控溅射法在生物医用NiTi合金基体表面制备了Ti/CN_x（x≈0.26）梯度薄膜,并制备了Ti/类金刚石(DLC)以及Ti/TiN薄膜进行对比研究. 利用显微硬度计、划痕仪比较分析了上述各薄膜的力学性能,通过表面接触角法研究了薄膜的亲水性. 着重测试并分析了溶血率和血小板粘附行为,进而对薄膜的血液相容性进行评估. 结果表明：Ti/CN_x梯度薄膜与NiTi合金基底的结合牢固,结合力达到63.6N. Ti/CN_x薄膜硬度为23.01GPa,和Ti/TiN薄膜硬度相当,略高于Ti/DLC薄膜. 溶血率和血小板粘附试验表明,Ti/CN_x梯度薄膜能有效改善NiTi合金基底的亲水性和血液相容性,与Ti/TiN和Ti/DLC薄膜相比,Ti/CN_x梯度薄膜具有最小的溶血率,仅为1.12％,并且无论在血小板的粘附数量还是在血小板变形程度都最少,因此具有良好的血液相容性.     

New Conceptual Catalyst on Spatial High-Entropy Alloy Heterostructures for High-Performance Li-O2 Batteries

High-entropy alloys (HEAs) are attracting increased attention as an alternative to noble metals for various catalytic reactions. However, it is of great challenge and fundamental importance to develop spatial HEA heterostructures to manipulate d-band center of interfacial metal atoms and modulate electron–distribution to enhance electrocatalytic activity of HEA catalysts. Herein, an efficient strategy is demonstrated to construct unique well-designed HEAs spatial heterostructure electrocatalyst (HEA@Pt) as bifunctional cathode to accelerate oxygen reduction and evolution reaction (ORR/OER) kinetics for Li-O₂ batteries, where uniform Pt dendrites grow on PtRuFeCoNi HEA at a low angle boundary. Such atomically connected HEA spatial interfaces engender efficient electrons from HEA to Pt due to discrepancy of work functions, modulating electron distribution for fast interfacial electron transfer, and abundant active sites. Theoretical calculations reveal that electron redistribution manipulates d-band center of interfacial metal atoms, allowing appropriate adsorption energy of oxygen species to lower ORR/OER reaction barriers. Hence, Li-O₂ battery based on HEA@Pt electrocatalyst delivers a minimal polarization potential (0.37 V) and long-term cyclability (210 cycles) under a cut-off capacity of 1000 mAh g⁻¹, surpassing most previously reported noble metal-based catalysts. This work provides significant insights on electron–modulation and d-band center optimization for advanced electrocatalysts.