王子鑫等：FeCrVTao..4Wo4高熵合金氮化物薄膜的微观结构与性能 …689… 氏模量值 序相结构，且由XRD结果看出，随氮气流量的增 图6(a)结果表明，在未通入氮气时，薄膜硬度 加，原子间距增大，因此破坏了之前较为致密的晶 为14.42GPa,当通入15 mL:min氮气后，薄膜硬 体结构，此外，由于每层薄膜氮气含量的差异较 度达到22.05GPa,表明氨原子的加入使得薄膜硬 大，可能导致薄膜层间的结合力变弱，也会使薄膜 度提高，由于氨原子溶于金属间，对薄膜产生了一 的力学性能降低.而杨氏模量的变化趋势和硬度 定的强化效果，但是继续增加氨气通入量后，薄膜 相似，当通入少量氨气时达到最大值，为287.4GPa 硬度下降，N2-2、N2-3的硬度值为16.54和11.32GPa, 而在薄膜中引入过量的氮元素后，对结构具有一 是由于过量的氨化物在薄膜中形成强度较低的有 定的破坏作用，从而导致杨氏模量的降低 40 320 28(a -◆Hardness 300 (b) -Hardness 300 量Modulus -Modulus 280 35 280 260 260 240 240 25 220 220 16 20 200 180 15 180 160 160 10 140 2 15 30 45 Number of nitride film layer N,flow/(mLmin-) 图6 FeCrVTac.4Wa.4氨化物薄膜的硬度和模量.(a)FeCrVTao4Wa4氮化物成分梯度多层薄膜；(b)(FeCrVTao4Wa4)N,单层薄膜 Fig.6 Hardness and modulus of FeCrVTaoWo nitride films:(a)FeCrVTaoWoa nitride composition gradient multilayer films;(b)(FeCrVTaWo)N, single-layer films 图6(b)为(FeCrVTao.4Wo.4)N单层薄膜的硬 定的选择吸收性，当镀了3层氮化物薄膜时，吸收 度、模量随氨气流量变化的情况，当氨气流量为 率最高，可能是由于多层膜之间的相互干涉及表 15 mLmin时，薄膜具有最高的硬度22.8GPa和杨 面较大的粗糙度对光吸收率有贡献.通过计算， 氏模量280.7GPa,当氮气流量大于30 mL min后， 表3列出了FeCrVTao.4Wo.4氮化物成分梯度多层 薄膜的硬度及模量变化不明显，结合FeCrVTao..4Wo.4 薄膜在不同波长范围内的吸收率 氮化物成分梯度多层薄膜的实验结果，发现当氨 气流量占总流量的约10%时，薄膜具有最佳的力 0.8 0.7 N2-0 学性能 N2-l1 2.3 ieCrVTao..4Wa.4氨化物成分梯度多层薄膜的 0.6 N,-2 昌05 -N2-3 wwwh-wyhy 光学性能 wy 目前的光热转化涂层大多是由减反层、吸收 昌0.4 层与红外反射层组成的“三明治”结构.高嫡合金 0.3 薄膜具有良好的热稳定性，将其用于光热转化涂 0.2 层中的吸收层，能够有效抑制高温下多个膜层之 0 间的互扩散作用，提高膜层使用寿命，利用高嫡合 0 金多层薄膜的表面粗糙性可以加强对光的吸收. 300 400500600700800 Wavelength/nm 本实验研究多层薄膜结构对光的吸收效率的 图7 FeCrVTa.4Wa.4氨化物成分梯度多层梯度薄膜在不同波长下的 影响，图7为FeCrVTao.4Wo.4氮化物成分梯度多层 反射率 薄膜在不同波长下的反射率.实验结果表明 Fig.7 Reflectivity ratio of FeCrVTao4Wo4 nitride composition gradient FeCrVTao..4Wo4氨化物成分梯度多层薄膜对300~ multilayer films at different wavelengths 400nm波段的可见光具有低反射率，而对400~ 2.4 FeCrVTao..4Wa.4氨化物成分梯度多层薄膜的 800nm波段具有较高的反射率，可以看出，该系列 润湿性 薄膜对短波长的可见光有较高的吸收率，具有一 将FeCrVTao4Wo4氮化物成分梯度多层薄膜氏模量值. 图 6（a）结果表明，在未通入氮气时，薄膜硬度 为 14.42 GPa，当通入 15 mL·min−1 氮气后，薄膜硬 度达到 22.05 GPa，表明氮原子的加入使得薄膜硬 度提高，由于氮原子溶于金属间，对薄膜产生了一 定的强化效果，但是继续增加氮气通入量后，薄膜 硬度下降，N2 -2、N2 -3 的硬度值为 16.54 和 11.32 GPa， 是由于过量的氮化物在薄膜中形成强度较低的有 序相结构，且由 XRD 结果看出，随氮气流量的增 加，原子间距增大，因此破坏了之前较为致密的晶 体结构，此外，由于每层薄膜氮气含量的差异较 大，可能导致薄膜层间的结合力变弱，也会使薄膜 的力学性能降低. 而杨氏模量的变化趋势和硬度 相似，当通入少量氮气时达到最大值，为 287.4 GPa. 而在薄膜中引入过量的氮元素后，对结构具有一 定的破坏作用，从而导致杨氏模量的降低. Hardness/GPa Modulus/GPa Modulus/GPa 28 (a) (b) 24 20 16 12 8 Hardness/GPa 40 35 30 25 20 15 10 280 300 240 260 200 220 180 160 280 300 320 240 260 200 220 180 160 140 Number of nitride film layer Hardness Modulus 0 1 2 3 N2 flow/(mL·min−1) 0 15 30 45 Hardness Modulus 图 6    FeCrVTa0.4W0.4 氮化物薄膜的硬度和模量. （a） FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜；（b） (FeCrVTa0.4W0.4)Nx 单层薄膜 Fig.6    Hardness and modulus of FeCrVTa0.4W0.4 nitride films: (a) FeCrVTa0.4W0.4 nitride composition gradient multilayer films; (b) (FeCrVTa0.4W0.4)Nx single-layer films 图 6（ b）为 (FeCrVTa0.4W0.4)Nx 单层薄膜的硬 度、模量随氮气流量变化的情况，当氮气流量为 15 mL·min−1 时，薄膜具有最高的硬度 22.8 GPa 和杨 氏模量 280.7 GPa，当氮气流量大于 30 mL·min−1 后， 薄膜的硬度及模量变化不明显，结合 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜的实验结果，发现当氮 气流量占总流量的约 10% 时，薄膜具有最佳的力 学性能. 2.3    FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜的 光学性能 目前的光热转化涂层大多是由减反层、吸收 层与红外反射层组成的“三明治”结构. 高熵合金 薄膜具有良好的热稳定性，将其用于光热转化涂 层中的吸收层，能够有效抑制高温下多个膜层之 间的互扩散作用，提高膜层使用寿命，利用高熵合 金多层薄膜的表面粗糙性可以加强对光的吸收. 本实验研究多层薄膜结构对光的吸收效率的 影响，图 7 为 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层 薄膜在不同波长下的反射率 . 实验结果表 明 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜对 300～ 400 nm 波段的可见光具有低反射率，而对 400～ 800 nm 波段具有较高的反射率，可以看出，该系列 薄膜对短波长的可见光有较高的吸收率，具有一 定的选择吸收性，当镀了 3 层氮化物薄膜时，吸收 率最高，可能是由于多层膜之间的相互干涉及表 面较大的粗糙度对光吸收率有贡献. 通过计算， 表 3 列出了 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层 薄膜在不同波长范围内的吸收率. 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 Reflection ratio 0.1 0 Wavelength/nm 300 400 500 600 700 800 N2 -0 N2 -1 N2 -2 N2 -3 图 7    FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层梯度薄膜在不同波长下的 反射率 Fig.7    Reflectivity ratio of FeCrVTa0.4W0.4 nitride composition gradient multilayer films at different wavelengths 2.4    FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜的 润湿性 将 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜 王子鑫等： FeCrVTa0.4W0.4 高熵合金氮化物薄膜的微观结构与性能 · 689 ·