真空磁控溅射制备AlCrTiV中熵合金薄膜的工艺参数优化与腐蚀性能研究

为解决海洋极端腐蚀环境下材料防护难题，武汉科技大学团队通过正交实验设计，系统研究了溅射功率(800-1000 W)、基体温度(200-400 °C)和偏压(0-200 V)对磁控溅射制备AlCrTiV中熵合金(MEA)薄膜腐蚀性能的影响。研究发现800 W功率下形成的富含Al2 O3 /Cr2 O3 钝化膜使腐蚀电流密度最低，为开发新型耐蚀涂层提供工艺指导。

在海洋工程领域，高盐、高湿、高压的极端环境如同无形的"腐蚀杀手"，时刻威胁着船舶、钻井平台等装备的安全。传统电镀技术因环保性差、镀层易剥落等问题逐渐被淘汰，而物理气相沉积(PVD)技术虽能制备TiN等硬质涂层，却因高脆性难以满足复杂工况需求。这一背景下，兼具多元素协同效应和成本优势的中熵合金(Medium Entropy Alloy, MEA)薄膜成为研究热点。

武汉科技大学研究人员选择Al-Cr-Ti-V四元体系，通过真空磁控溅射技术制备MEA薄膜。采用三因素三水平正交实验设计（溅射功率800/900/1000 W、基体温度200/300/400 °C、偏压0/100/200 V），在316不锈钢基体上沉积薄膜后，通过GIXRD、SEM、XPS等技术表征微观结构，并采用电化学工作站测试3.5 wt.% NaCl溶液中的腐蚀行为。

材料与样品制备
研究使用Sinoma Technology公司提供的AlCrTiV粉末冶金靶材，在真空度<8×10^-3
Pa条件下进行沉积。基体经乙醇超声清洗后，通过氩离子轰击活化表面，控制沉积参数制备九组实验样品。

微观结构分析
GIXRD显示所有薄膜均在35°-45°(2θ)呈现宽化衍射峰，证实为非晶结构。SEM观察到表面呈"菜花状"团簇形貌，这种特殊结构可能影响腐蚀介质渗透路径。

腐蚀性能研究
极差分析表明溅射功率对腐蚀性能影响权重最大（R=1.21），最佳参数组合为800 W/400 °C/100 V。XPS证实该条件下钝化膜中Al₂
O₃
和Cr₂
O₃
含量最高，点蚀坑内Cr、O元素富集现象与钝化膜破裂-再生机制相关。

结论与意义
该研究首次通过正交实验量化了磁控溅射参数对AlCrTiV MEA薄膜腐蚀性能的影响规律：1）非晶结构能有效阻碍晶界腐蚀；2）适度功率(800 W)可平衡沉积速率与膜层致密性；3）高温(400 °C)促进钝化膜形成。Juanjuan Hu等发现Cr₂
O₃
的动态修复机制是提升耐蚀性的关键，这一成果为开发新一代海洋装备防护涂层提供了理论依据和技术参数，相关发现已发表于《Vacuum》期刊。研究获得国家自然科学基金(52475209)和湖北省重大专项(2023BAA003)支持。