近日，国际著名期刊RARE METALS在线发表我院成形制造研究所杨兵教授团队最新高熵涂层研究成果（https://doi.org/10.1007/s12598-024-02648-2.），论文题为Self-assembled high-entropy nitride multilayer coating。武汉大学为第一通讯单位，博士生张翔宇为论文第一作者，杨兵教授和雷燕讲师为共同通讯作者。

图1 (a) -（b）增韧示意图；（c）沉积原理示意图；（d）高熵涂层XRD图；（e）透射电镜横截面图，图中为相应的SAED图；（f）高分辨TEM-EDS线扫描分析；（g）高分辨形貌图

       AlCrNbSiTiN高熵硬质涂层是刀具和模具领域硬质涂层的研究前沿。为了获得高硬度高韧性涂层，传统方法是采用两种不同的材料交替沉积获取纳米多层涂层，达到增硬和增韧效果（图1a-b）。但制备过程复杂，稳定性差。本论文采用一种创新的成分渐变控制方法，在单一材料中首次实现了多层结构的自组装制备。如图1c所示，其主要利用电弧蒸发源表面等离子体分布不均匀特性，实现在靶中和靶边缘不同区域沉积不同成分的高熵涂层，工件持续旋转形成多层纳米结构（图1e）。在涂层的透射电镜横截面图像中可以看到明显的纳米多层结构（图1e）。涂层的高分辨率透射电镜(HRTEM)图像清楚地显示(Cr, Nb)富集层(layer 2)的厚度约为3.2 nm，正常层(layer 1)的厚度约为9.3 nm，涂层的调制周期约为12.5 nm（图1g）。AlCrNbSiTiN涂层中大量的纳米界面阻断了柱状晶体的生长，降低了裂纹沿晶界穿透涂层的倾向。自组装多层结构的构建改变了涂层的开裂机制，显著提高了高熵涂层的耐磨性，获得了较好的应用效果，为高硬强韧硬质涂层的开发提供了新的思路。

       此外针对工模具涂层耐磨耐温需要，杨兵教授团队还提出了一种新的脉冲电弧离子镀方法制备(AlCrNbSiTi)N高熵氮化物硬质涂层（https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2024.113219）。制备的高熵涂层平均硬度为43.4 GPa，相对于传统直流电弧离子镀技术涂层硬度提高32%，大幅度提高了涂层对工模具的保护效果（图2）。该成果在大型机械加工企业和压铸企业获得了成功应用。

图2 (a)高熵涂层的硬度、弹性模量和(b)涂层的H/E和H³ /E²比值随脉冲电源占空比的变化

       上述研究得到了国家自然科学基金、深圳市科技计划项目和武汉大学中外合作研究基金等资助，并获得了武汉大学科研公共服务条件平台的支持。

       杨兵教授课题组长期以来一直从事特种涂层材料研究，承担了多项重点研发课题、国家自然科学基金及企业横向等项目，开发了系列工模具涂层材料及涂层装备、传感涂层材料及检测系统并实现了工程化应用。为高端制造及运维领域提供了高质量工模具和检测系统。