工程科学学报.第43卷.第5期：684-692.2021年5月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.5:684-692,May 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.28.004;http://cje.ustb.edu.cn FeCrVTao.4Wo.4高熵合金氮化物薄膜的微观结构与性能 王子鑫12)，张勇12，)区 1)青海大学青海省新型轻合金重点实验室，西宁8100162)北京科技大学新金属材料国家重点实验室.北京1000833)北京科技大学顺 德研究生院.佛山528399 ☒通信作者，E-mail:drzhangy@ustb.edu.cn 摘要实验利用单靶射频磁控溅射技术，在单晶硅基底上，制备了两个系列FeCrVTao4Wa4高熵合金氨化物薄膜，即 FeCrVTa.Wo4氮化物成分梯度多层薄膜和(FeCrVTao.4Wa4)Nz单层薄膜，其中，多层薄膜用于太阳光谱选择性吸收薄膜.通 过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米力学探针、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计、接触角测量 仪和四探针测试台对FεCrVTao.Wo4高熵合金氮化物薄膜进行微观结构分析以及性能表征.结果表明：在不通入氮气时，薄 膜为非晶结构，当氨气含量升高后，转变为面心立方固溶体结构：当表层氨气流量为l5 mLmin时，FeCrVTa.Wa4氮化物多 层薄膜及单层薄膜均具有最佳的力学性能，其中，多层薄膜的硬度为22.05GPa,模量为287.4GPa,单层薄膜的硬度为 22.8GPa,模量为280.7GPa,随着表层氮气含量的继续增加，力学性能下降：FeCrVTao..4Wo4氮化物成分梯度多层薄膜在 300~800m波长范围内均具有太阳光谱选择吸收性，当氮化物薄膜层数较少时具有较好的疏水性；(FeCrVTao.4Wo4N单层 薄膜随着氮气含量的增加，薄膜方块电阻增加. 关键词高嫡合金：磁控溅射：氮化物薄膜；成分梯度：光学性能 分类号TG139 Microstructure and properties of FeCr VTao 4Wo4 high-entropy alloy nitride films WANG Zi-xin2),ZHANG Yong2 1)Qinghai Provincial Key Laboratory of New Light Alloys,Qinghai University,Xining 810016,China 2)State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Shunde Graduate School,University of Science and Technology Beijing,Foshan 528399,China Corresponding author,E-mail:drzhangy@ustb.edu.cn ABSTRACT Recently,research on high-entropy alloys has developed rapidly.While studying high-entropy alloys in bulk,scholars have also conducted in-depth research on high-entropy alloy films,especially high-entropy alloy nitride films.Compared with traditional binary and ternary nitride films,high-entropy alloy nitride films have a simpler and denser structure and better performance,and therefore have great prospects for application in many fields.Research on high-entropy alloy nitride films is still relatively scarce,and the influencing factors of phase structure transformation and mechanical properties need to be further explored.Therefore,it will be an important research direction in the future.Based on a single-target Radio Frequency(RF)magnetron sputtering technique,two series of FeCrVTaoWo4 high-entropy alloy nitride films were fabricated on monocrystalline silicon substrates.These are FeCrVTao.Wo.4 nitride composition gradient multilayer films and(FeCrVTaW.4N single-layer films,in which multilayer films are used for solar spectral selective absorption films.Through scanning electron microscope(SEM),X-ray diffractometer(XRD),nanomechanical probe,atomic force microscopy,UV-visible spectrophotometry,contact angle measuring instrument,and four-probe tester,the microstructure,and properties of FeCrVTaW.high-entropy alloy nitride films were analyzed.The results show that the film is amorphous when nitrogen 收稿日期：2020-09-28 基金项目：区域联合基金资助项目(2019B1515120020):中央高校基本科研业务费资助项目(FRF-MP19-013)FeCrVTa0.4W0.4 高熵合金氮化物薄膜的微观结构与性能 王子鑫1,2)，张    勇1,2,3) 苣 1) 青海大学青海省新型轻合金重点实验室，西宁 810016    2) 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京 100083    3) 北京科技大学顺 德研究生院，佛山 528399 苣通信作者，E-mail：drzhangy@ustb.edu.cn 摘    要    实验利用单靶射频磁控溅射技术，在单晶硅基底上，制备了两个系列 FeCrVTa0.4W0.4 高熵合金氮化物薄膜，即 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜和 (FeCrVTa0.4W0.4)Nx 单层薄膜，其中，多层薄膜用于太阳光谱选择性吸收薄膜. 通 过扫描电子显微镜 (SEM)、X 射线衍射仪 (XRD)、纳米力学探针、原子力显微镜 (AFM)、紫外−可见分光光度计、接触角测量 仪和四探针测试台对 FeCrVTa0.4W0.4 高熵合金氮化物薄膜进行微观结构分析以及性能表征. 结果表明：在不通入氮气时，薄 膜为非晶结构，当氮气含量升高后，转变为面心立方固溶体结构；当表层氮气流量为 15 mL·min−1 时，FeCrVTa0.4W0.4 氮化物多 层薄膜及单层薄膜均具有最佳的力学性能，其中，多层薄膜的硬度为 22.05 GPa，模量为 287.4 GPa，单层薄膜的硬度为 22.8 GPa，模量为 280.7 GPa，随着表层氮气含量的继续增加，力学性能下降；FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多层薄膜在 300～800 nm 波长范围内均具有太阳光谱选择吸收性，当氮化物薄膜层数较少时具有较好的疏水性；(FeCrVTa0.4W0.4)Nx 单层 薄膜随着氮气含量的增加，薄膜方块电阻增加. 关键词    高熵合金；磁控溅射；氮化物薄膜；成分梯度；光学性能 分类号    TG139 Microstructure and properties of FeCrVTa0.4W0.4 high-entropy alloy nitride films WANG Zi-xin1,2) ，ZHANG Yong1,2,3) 苣 1) Qinghai Provincial Key Laboratory of New Light Alloys, Qinghai University, Xining 810016, China 2) State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) Shunde Graduate School, University of Science and Technology Beijing, Foshan 528399, China 苣 Corresponding author, E-mail: drzhangy@ustb.edu.cn ABSTRACT    Recently, research on high-entropy alloys has developed rapidly. While studying high-entropy alloys in bulk, scholars have also conducted in-depth research on high-entropy alloy films, especially high-entropy alloy nitride films. Compared with traditional binary  and  ternary  nitride  films,  high-entropy  alloy  nitride  films  have  a  simpler  and  denser  structure  and  better  performance,  and therefore have great prospects for application in many fields. Research on high-entropy alloy nitride films is still relatively scarce, and the influencing factors of phase structure transformation and mechanical properties need to be further explored. Therefore, it will be an important research direction in the future. Based on a single-target Radio Frequency (RF) magnetron sputtering technique, two series of FeCrVTa0.4W0.4 high-entropy alloy nitride films were fabricated on monocrystalline silicon substrates. These are FeCrVTa0.4W0.4 nitride composition gradient multilayer films and (FeCrVTa0.4W0.4)Nx single-layer films, in which multilayer films are used for solar spectral selective absorption films. Through scanning electron microscope (SEM), X-ray diffractometer (XRD), nanomechanical probe, atomic force  microscopy,  UV –visible  spectrophotometry,  contact  angle  measuring  instrument,  and  four-probe  tester,  the  microstructure,  and properties of FeCrVTa0.4W0.4 high-entropy alloy nitride films were analyzed. The results show that the film is amorphous when nitrogen 收稿日期: 2020−09−28 基金项目: 区域联合基金资助项目（2019B1515120020）；中央高校基本科研业务费资助项目（FRF-MP-19-013） 工程科学学报，第 43 卷，第 5 期：684−692，2021 年 5 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 5: 684−692, May 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.28.004; http://cje.ustb.edu.cn