第十五届全国表面工程大会

高熵氮化物陶瓷薄膜超高的硬度赋予其优异的耐磨性，但其固有的脆性导致在富氢环境中服役可靠性显著下降。本研究采用铜相增韧的方法，通过高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）技术制备了不同铜含量的TiNbCrZrCuN薄膜，系统探究铜掺杂量（0~9.2 at%）对薄膜微结构演变及力学性能的调控机制。实验表明，含2.1 at% Cu的薄膜通过固溶强化与韧性相增韧协同作用，实现硬度（18.5 GPa）与断裂韧性的平衡提升。含铜薄膜的磨损率较未掺杂样品降低43%（2.43×10⁻⁶ mm³/N·m），其耐磨性提升源于富铜界面处的裂纹偏转效应和塑性应变协调机制。电化学充氢实验进一步揭示：铜掺杂薄膜的抗氢脆性能显著增强，其服役寿命延长150%。研究表明，铜诱导的局部非晶化有效阻碍氢扩散路径，使薄膜具备更低的氢扩散系数（1.3×10⁻⁹ cm²/s）和更高的氢陷阱密度（1.4×10⁻³ mol/cm³），从而在氢致应力作用下，保持了薄膜力学性能的完整性。该研究证实韧性相增韧策略可突破陶瓷氮化物薄膜的脆性瓶颈，为设计兼具耐磨性与抗氢致降解特性的功能薄膜提供了新思路。
 

高熵合金氮化物；高功率脉冲磁控溅射；耐磨损性能；抗氢脆性能