高熵合金、高熵合金涂层及其在轴承滚动面的镀制方法.pdf

一种高熵合金，所述高熵合金为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5。一种高熵合金所制备的高熵合金涂层，所述高熵合金涂层为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5的氮化物薄膜。一种高熵合金所制备的高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法，所述高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法为磁控溅射法。本发明通过在所述轴承之滚动面镀制高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜，以提高轴承工作时的性能并且降低其损坏率，让同一个轴承更好更久的被利用，减少机械加工中不必要的材料浪费和损坏。

权利要求书
1.  一种高熵合金，其特征在于，所述高熵合金为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5。

2.  如权利要求1所述的高熵合金，其特征在于，所述高熵合金Al0.3CrFe1.5MnNi0.5进一步在525℃下进行离子氮化处理，以提高滚动面硬度。

3.  一种如权利要求1所述的高熵合金所制备的高熵合金涂层，其特征在于，所述高熵合金涂层为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5的氮化物薄膜。

4.  如权利要求3所述的高熵合金涂层，其特征在于，所述高熵合金涂层的选料步骤，包括：
执行步骤S1：依据等原子比、高混合熵的合金设计理念，选择包含多种主要成分的新型高熵合金，研究组元掺杂、组元置换等合金化方法对所述高熵合金微观组织与性能的影响，提炼出具有优异综合性能的薄膜涂层材料高熵合金体系；
执行步骤S2：以所述高熵合金体系之材料作为靶材，并在反应气氛下，通过磁控溅射法形成氮化物型高熵合金涂层；
执行步骤S3：对所述氮化物型高熵合金涂层在氩气、氧气及空气气氛下进行热处理，并研究薄膜特性及微结构随温度的变化关系，以此来掌握其耐氧化性、耐稳定性。
执行步骤S4：通过实验研究轴承涂层在实际应用中性能的改变，并将性能最优之高熵合金涂层镀制在轴承滚动面，提高轴承工作时的耐磨性、高硬度等特性。

5.  如权利要求4所述的高熵合金涂层，其特征在于，在通过磁控溅射法形成氮化物型高熵合金涂层的过程中，研究溅射电压、温度工艺参数，以及中间过渡层对组织结构、界面化学成分、薄膜附着力、薄膜应力特性的影响。

6.  一种如权利要求1所述的高熵合金所制备的高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法，其特征在于，所述高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法为 磁控溅射法。

7.  如权利要求6所述的高熵合金所制备的高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法，其特征在于，所述高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法，包括：
执行步骤S11：提供高熵合金Al0.3CrFe1.5MnNi0.5材质之溅射靶材；
执行步骤S12：在反应气氛下，通过磁控溅射法在所述轴承滚动面镀制高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜。

8.  如权利要求6所述的高熵合金所制备的高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法，其特征在于，所述磁控溅射中，所述反应气氛为氮气。

9.  如权利要求6所述的高熵合金所制备的高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法，其特征在于，所述高熵合金涂层仅镀制在轴承之滚动面。

说明书高熵合金、高熵合金涂层及其在轴承滚动面的镀制方法
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种高熵合金、高熵合金涂层及其在轴承滚动面的镀制方法。
背景技术
在轴承生产中，套圈毛坯质量的好坏、生产率的高低，都将对轴承产品的质量、性能、寿命以及企业的经济效益产生重要影响。毛坯留量的大小决定轴承材料利用率，而毛坯尺寸分散度和几何形状精度差则是造成废品率高的原因。然而，我国引进了高速镦锻机生产线，高速镦锻工艺已经成为国际上轴承套圈锻造的主要工艺，其采用感应加热至始锻温度，在高速镦锻机上完成切料、镦饼、成形和分离工序，使用于大批量生产。其生产效率高，锻件尺寸精度高，滚动面质量好，能降低留量，提高材料利用率。
近十多年来，市场对产品的质量、成本等方面要求越来越严格。国内轴承行业在改善其性能方面做了许多工作，可是与国外相比较，我国的球轴承与外国先进公司的产品虽然内部结构参数几乎相同，但我国的此类产品还是在性能、寿命、噪声等方面远不足国外。
在我国机械制造行业中，对轴承的使用是非常普遍的。根据最新的轴承疲劳寿命理论，一只设计优秀、材质良好、制造精良而且安装正确的轴承，只要其承受的负荷足够轻松，则这个轴承的材料将永远不会产生疲劳损坏。因此，只要轴承的工作环境温度适宜而且变化幅度不大，绝对无固体尘埃、有害气体和水分侵入轴承，轴承的润滑充分而又恰到好处，润滑剂绝对纯正而无杂质，并且不会老化变质，则这个轴承将会无限期的运转下去。但是，这种使用条件只有在实验室的条件下才有可能会“实现”，对于在现场加工 使用的轴承来说，太难办到。
寻求一种可镀制在轴承的滚动面，并大大提高其各方面性能，以延缓其使用寿命，进而大大减少机械加工中不必要的材料浪费和损坏的高熵合金涂层已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种高熵合金、高熵合金涂层及其在轴承滚动面的镀制方法。
发明内容
本发明是针对现有技术中，我国的球轴承与外国先进公司的产品虽然内部结构参数几乎相同，但我国的此类产品在性能、寿命、噪声等方面远不足国外、质量欠佳等缺陷提供一种高熵合金。
本发明之第二目的是针对现有技术中，我国的球轴承与外国先进公司的产品虽然内部结构参数几乎相同，但我国的此类产品在性能、寿命、噪声等方面远不足国外、质量欠佳等缺陷提供一种高熵合金涂层。
本发明之第三目的是针对现有技术中，我国的球轴承与外国先进公司的产品虽然内部结构参数几乎相同，但我国的此类产品在性能、寿命、噪声等方面远不足国外、质量欠佳等缺陷提供一种高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法。
为实现本发明之第一目的，本发明提供一种高熵合金，所述高熵合金为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5。
可选地，所述高熵合金Al0.3CrFe1.5MnNi0.5进一步在525℃下进行离子氮化处理，以提高滚动面硬度。
为实现本发明之第二目的，本发明提供一种高熵合金所制备的高熵合金涂层，所述高熵合金涂层为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5的氮化物薄膜。
可选地，所述高熵合金涂层的选料步骤，包括：
执行步骤S1：依据等原子比、高混合熵的合金设计理念，选择包含多种主要成分的新型高熵合金，研究组元掺杂、组元置换等合金化方法对所述高熵合金微观组织与性能的影响，提炼出具有优异综合性能的薄膜涂层材料高熵合金体系；
执行步骤S2：以所述高熵合金体系之材料作为靶材，并在反应气氛下，通过磁控溅射法形成氮化物型高熵合金涂层；
执行步骤S3：对所述氮化物型高熵合金涂层在氩气、氧气及空气气氛下进行热处理，并研究薄膜特性及微结构随温度的变化关系，以此来掌握其耐氧化性、耐稳定性。
执行步骤S4：通过实验研究轴承涂层在实际应用中性能的改变，并将性能最优之高熵合金涂层镀制在轴承滚动面，提高轴承工作时的耐磨性、高硬度等特性。
可选地，在通过磁控溅射法形成氮化物型高熵合金涂层的过程中，研究溅射电压、温度工艺参数，以及中间过渡层对组织结构、界面化学成分、薄膜附着力、薄膜应力特性的影响。
为实现本发明之第三目的，本发明提供一种高熵合金所制备的高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法，所述高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法为磁控溅射法。
可选地，所述高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法，包括：
执行步骤S11：提供高熵合金Al0.3CrFe1.5MnNi0.5材质之溅射靶材；
执行步骤S12：在反应气氛下，通过磁控溅射法在所述轴承滚动面镀制高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜。
可选地，所述磁控溅射中，所述反应气氛为氮气。
可选地，所述高熵合金涂层仅镀制在轴承之滚动面。
综上所述，本发明高熵合金、高熵合金涂层及其在轴承滚动面的镀制方法系通过在所述轴承之滚动面镀制高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜，以提高轴承工作时的性能并且降低其损坏率，让同一个轴承更好更久的被利用，减少机械加工中不必要的材料浪费和损坏。
附图说明
图1所示为本发明高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
本发明提供高熵合金、高熵合金涂层及其在轴承滚动面的镀制方法，所述高熵合金为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5；所述高熵合金涂层为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5的氮化物薄膜，所述高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜在轴承滚动面的镀制方法为在反应气氛下，通过磁控溅射法镀制。
为了更直观的揭露本发明之技术方案，凸显本发明之有益效果，现结合具体实施方式阐述本发明之高熵合金、高熵合金涂层的选材原理和镀制方法。本发明镀制在轴承滚动面之高熵合金涂层为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5的氮化物薄膜，所述高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜材料的选材方法，包括：
执行步骤S1：依据等原子比、高混合熵的合金设计理念，选择包含多种主要成分的新型高熵合金，研究组元掺杂、组元置换等合金化方法对所述高熵合金微观组织与性能的影响，提炼出具有优异综合性能的薄膜涂层材料高 熵合金体系；
执行步骤S2：以所述高熵合金体系之材料作为靶材，并在反应气氛下，通过磁控溅射法形成氮化物型高熵合金涂层；
作为本领域技术人员，容易理解地，在通过磁控溅射法形成氮化物型高熵合金涂层的过程中，研究溅射电压、温度等工艺参数，以及中间过渡层对组织结构、界面化学成分、薄膜附着力、薄膜应力等特性的影响。
执行步骤S3：对所述氮化物型高熵合金涂层在氩气、氧气及空气气氛下进行热处理，并研究薄膜特性及微结构随温度的变化关系，以此来掌握其耐氧化性、耐稳定性。
执行步骤S4：通过反复实验研究轴承涂层在实际应用中性能的改变，并将性能最优之高熵合金涂层镀制在轴承滚动面，提高轴承工作时的耐磨性、高硬度等特性。
通过所述高熵合金涂层之氮化物薄膜材料的选择方法，并结合本发明人的反复实验，本发明之高熵合金为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5，所述高熵合金涂层为Al0.3CrFe1.5MnNi0.5的氮化物薄膜，所述Al0.3CrFe1.5MnNi0.5的氮化物薄膜之镀制方法系在反应气氛下，通过磁控溅射法镀制在轴承滚动面。
明显地，本发明之高熵合金Al0.3CrFe1.5MnNi0.5在微观结构和性质上，与传统合金相比，具有很大的差异，例如：a.易产生非晶质相与纳米析出物；b.稳定性佳；c.高硬度；d.耐腐蚀性；e.耐磨性佳。
另一方面，铸造态和不同加工处理的高熵合金Al0.3CrFe1.5MnNi0.5进一步在525℃下进行离子氮化处理，可使其滚动面硬度显著提高。
同时，对本发明高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜对轴承性能的改善原理做如下阐述：
第一、强化机制；高熵合金Al0.3CrFe1.5MnNi0.5的主要强化机制为固溶强化，高熵合金一般会形成简单结构的固溶体，大量不同种类的原子相互固溶，会导致严重的晶格畸变，从而产生很强的固溶强化效应。
第二、高强度和高硬度；大量固溶原子产生晶格畸变，阻碍位错运动，使得高熵合金具有很高的硬度和强度。
第三、高耐磨性；高熵合金的一系列强化效应使其具有较好的耐磨性能，合金元素的加入还可以改变其磨损机制。
第四、高热稳定性；高熵合金和非晶合金的很大的一个不同就是，高熵合金是一个热力学稳定的状态。同时，由于多种原子形成混乱的固溶体，扩散激活能很高，可以严重的阻碍扩散过程，因此当加热时，它能保持其结构的稳定性。
第五、耐腐蚀性；高熵合金含有大量的Cr、Co等元素，使其具有很强的耐蚀性能。
请参阅图1，图1所示为本发明高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法流程图。所述更具体地，所述高熵合金涂层在轴承滚动面的镀制方法，包括：
执行步骤S11：提供高熵合金Al0.3CrFe1.5MnNi0.5材质之溅射靶材；
执行步骤S12：在反应气氛下，通过磁控溅射法在所述轴承滚动面镀制高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜。
具体地，高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜是在反应气氛下，通过磁控溅射法镀制在轴承滚动面。在所述磁控溅射中，所述反应气氛为氮气，所述溅射靶材为高熵合金Al0.3CrFe1.5MnNi0.5材质。
采用磁控溅射法将高熵合金镀在轴承滚动面上，即氩粒子(大多数是由电场加速的正离子)撞击高熵合金靶材滚动面，在与靶材滚动面原子或者分 子进行能量或者动量交换后，从靶材滚动面飞出的原子或者分子沉积到轴承滚动面，最终将高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜镀制在轴承滚动面上。这样镀制的高熵合金涂层将会和轴承结合较好，所获得的薄膜纯度高、致密性好、均匀性好，并且能够精确控制镀层的厚度。同时可根据不同的加工需要通过改变参数条件控制组成薄膜的颗粒大小。
显然地，在轴承滚动面镀制的薄膜就可以提高其性能，因为在工作中是和所镀制之薄膜接触，所以会直接提高轴承的耐磨性并减少其发出的噪声。而且因为合金材料只镀制在轴承的滚动面，这样不但提高了性能还有效的降低了成本。
综上所述，本发明高熵合金、高熵合金涂层及其在轴承滚动面的镀制方法系通过在所述轴承之滚动面镀制高熵合金涂层Al0.3CrFe1.5MnNi0.5之氮化物薄膜，以提高轴承工作时的性能并且降低其损坏率，让同一个轴承更好更久的被利用，减少机械加工中不必要的材料浪费和损坏。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。