第十五届全国表面工程大会

结合第一性原理计算与热力学分析方法，确定了(TiCrZrVNb)C高熵陶瓷薄膜（HECCs）的化学稳定性和单相稳定性。负的生成能（-39.98 kJ/mol）和负的高温下混合吉布斯自由能（1257 K）表明了(TiCrZrVNb)C的化学稳定性和高温单相稳定性。基于此，成功制备了高硬度（27.08±0.58 GPa）、高弹性恢复率（55.8%）以及低摩擦磨损（摩擦系数0.11，磨损率1.6 × 10⁻⁶ mm³/(N·m)）的HECCs。为了进一步优化薄膜力学性能，研究了沉积偏压对薄膜力学性能的影响；结果发现在高偏压（-400V）下，薄膜不仅表现出高的屈服强度（9.5 GPa），而且兼具良好的韧性，实现了薄膜强度和韧性的同步提升。对于其强韧化机理，首先，(TiCrZrVNb)C的弹性常数计算结果表明了其固有的韧性行为；其次，沉积的HECCs表现出了从原子水平到纳米尺度的化学浓度波动（CFs）这一独特微观结构。原子级CFs导致的严重晶格畸变会显著阻碍位错运动而增加材料强度；纳米级CFs则会产生位错扎钉效应，促进位错间交叉滑移的同时形成位错胞，使塑性变形趋于在各晶粒中均匀分布，提高失效前的塑性变形量，从而提高薄膜韧性。