Cx高熵纳米复合薄膜

硬韧兼备自润滑

通过纳米复合结构设计，同时实现高硬度、高韧性和自润滑，克服单相高熵合金薄膜硬度低、摩擦系数高的缺点。

李延涛 · Xianmei, Chen · Zeng, Xiaokang · 刘明权 · 姜欣 · 冷永祥

Journal of Materials Science and Technology 2024

参数信息

硬度

18 GPa

弹性模量

228 GPa

摩擦系数

0.16

磨损率

2.4 × 10⁻⁶ mm³/(N m)

技术优势

硬度提升至18 GPa

当碳含量为21.2 at.%时，原位形成的(TiNbCr)C陶瓷相使得薄膜硬度最高达到18 GPa。

超低摩擦与磨损

碳含量44.0 at.%时，薄膜摩擦系数为0.16，磨损率为2.4 × 10⁻⁶ mm³/(N m)，主要归因于优异的抗疲劳裂纹扩展能力和摩擦过程中形成的界面润滑层。

高韧性抗裂纹

纳米复合结构中非晶相与纳米晶陶瓷相的组合赋予薄膜优异的抗疲劳裂纹扩展能力。

自润滑设计免外部润滑

过量的碳以非晶碳(a-C)润滑相形式析出，在摩擦过程中形成界面润滑层，无需外部润滑剂。

应用场景

• 耐磨涂层：替代传统耐磨涂层，通过纳米复合结构实现高硬度与自润滑的协同，延长部件寿命。
• 硬质涂层：提供18 GPa的硬度，同时避免单相高熵合金薄膜硬度不足的问题，用于硬质涂层场景。
• 摩擦保护：摩擦系数低至0.16且磨损率极低，有效降低摩擦能耗与表面损伤。
• 航空航天零部件防护：在宽温度范围和真空环境下提供自润滑，减少对液体润滑剂的依赖，保障航空航天部件可靠性。
• 刀具涂层：高硬度结合自润滑降低切削力和刀具磨损，延长刀具寿命，改善加工表面质量。