一种基于高熵合金氮化物薄膜的金属3D打印件表面改性方法

本发明属于3d打印，具体来说涉及一种基于高熵合金氮化物薄膜的金属3d打印件表面改性方法。

背景技术：

1、金属3d打印（增材制造）技术因其能够制造复杂结构的零件而得到广泛应用。然而，金属3d打印件由于成型工艺的特殊性，表面往往存在粘附颗粒、微裂纹和较高的粗糙度，且其表面的化学状态可能导致疏水（如未处理6061铝合金接触角高达134°）或耐腐蚀性不足的问题。此外，在某些应用场景下（如生物医用、流体管道或摩擦副部件），需要对3d打印件的表面润湿性、耐磨性和耐腐蚀性进行精准调控。

2、现有的表面处理方法如抛光、微弧氧化等，虽然能改善表面形貌，但仍存在受形状限制较大，难以在提升耐磨和耐蚀的同时，大幅度地调控表面自由能的问题。因此，开发一种能够综合提升金属3d打印件表面性能的改性技术显得尤为重要，对拓宽3d打印材料的实际应用范围具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于高熵合金氮化物薄膜的金属3d打印件表面改性方法，该金属3d打印件表面改性方法采用磁控溅射技术，使用alacrbmoczrdtie高熵合金靶为靶材，在氮气和惰性气体氛围中，在金属3d打印件的表面沉积形成高熵合金氮化物薄膜，解决了金属3d打印件表面疏水、易磨损及耐腐蚀性不足的问题，使金属3d打印件的表面由疏水转变为亲水甚至强亲水。

2、本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

3、一种基于高熵合金氮化物薄膜的金属3d打印件表面改性方法，包括：在氮气和惰性气体的混合氛围下，于0.5~2 pa条件下，对基底进行磁控溅射，以使在基底表面形成厚度为0.2~1.5 μm的高熵合金氮化物薄膜，其中，磁控溅射时采用的靶材为alacrbmoczrdtie高熵合金靶，0.15≤a≤0.25、0.15≤b≤0.25、0.15≤c≤0.25、0.15≤d≤0.25、0.15≤e≤0.25，a+b+c+d+e=1，所述基底为金属3d打印件。

4、在上述技术方案中，磁控溅射为直流磁控溅射。

5、在上述技术方案中，惰性气体为氩气。

6、在上述技术方案中，直流磁控溅射的电源的功率为80~250 w，磁控溅射时间为20~60 min。

7、在上述技术方案中，按体积份数计，氮气和惰性气体的比为（3~30）：（20~50）。

8、在上述技术方案中，惰性气体的流量为20~50 sccm，氮气的流量为3~30 sccm，惰性气体和氮气的总流量为30~50 sccm。

9、在上述技术方案中，磁控溅射前，进行靶预溅射清洗，所述靶清洗包括：将靶材与基底之间的挡板闭合，在惰性气体下，于0.5~2 pa预溅射10~30 min。

10、在上述技术方案中，所述alacrbmoczrdtie高熵合金靶的纯度为99.9%以上，其直径与靶座的直径相适配，厚度为3~5 mm。

11、在上述技术方案中，在靶预溅射清洗时，先抽真空至压强值到9×10-4 pa以下，再通入惰性气体直至0.5~2 pa。

12、在上述技术方案中，所述基底的材质为6061铝合金或316不锈钢。

13、在上述技术方案中，靶预溅射清洗中惰性气体的流量为30~50 sccm。

14、在上述技术方案中，靶预溅射清洗中直流磁控溅射的电源的功率为100~200 w。

15、在上述技术方案中，靶预溅射清洗前对基底先后依次进行清洗、干燥。

16、金属3d打印件表面改性方法在降低水接触角中的应用。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、（1）本发明将金属3d打印件表面由疏水转变为亲水甚至强亲水。特别是对于3d打印6061铝合金，沉积（alacrbmoczrdtie）n薄膜后，接触角可大幅降低至30°以下（如实施例1制备的基于高熵合金氮化物薄膜的3d打印件的接触角为26.5°），表现出极强的亲水性；对于3d打印316不锈钢，沉积高熵合金氮化物薄膜后接触角可降低至90°以下，由弱疏水性转变为亲水性，亲水性的表面更有利于后续涂覆、粘接或生物应用。未沉积薄膜的3d打印件表面由于激光熔化快速凝固，存在熔池轨迹、粘附金属粉末球和微裂纹，形成微观上的“坑洞”结构，这种粗糙的表面捕获了空气，水滴如同坐在“钉板”上，形成复合接触面，导致表观接触角虚高，超过120°；而沉积高熵合金氮化物（（alacrbmoczrdtie）n）薄膜后由于严重的晶格畸变产生大量高活性极性悬键，且表面形成强极性的me-n/me-o键（me代表金属元素）。

19、（2）传统的轧制或锻造的铝合金表面相对光滑且无多孔熔池结构，沉积高熵合金氮化物（（alacrbmoczrdtie）n）薄膜后接触角通常在50°~70°之间，而本发明用3d打印件特有的熔池轨迹与微裂纹结构，极性表面能与微观毛细管力产生协同效应，打破了原有的空气垫层，促使润湿模型发生转变，从而产生了从大于120°的强疏水性到小于90°甚至30°的极强亲水性的技术效果。

20、（3）镀膜后表面摩擦系数显著下降，其中沉积高熵合金氮化物（（alacrbmoczrdtie）n）薄膜后摩擦系数显著降低，下降值优于传统的tin薄膜，可增大工件耐磨性，有助于延长工件使用寿命。致密的氮化物薄膜能够有效阻隔腐蚀介质，增强其耐蚀性。因而，（alacrbmoczrdtie）n薄膜展现出比传统的tin薄膜更优异的综合性能，特别是在减小接触角和摩擦系数方面表现突出。

21、（4）可通过调控靶材成分、溅射气氛（氮气、氩气和氧气比例）、工作压强、溅射功率等参数，沉积具有不同性质的薄膜，从而获得不同的表面性能。相比于优化打印技术，本发明的方法其结果更加具有多样性，可实现更加复杂、性能更优的定制化产品。

1.一种基于高熵合金氮化物薄膜的金属3d打印件表面改性方法，其特征在于，包括：在氮气和惰性气体的混合氛围下，于0.5~2 pa条件下，对基底进行磁控溅射，以使在基底表面形成厚度为0.2~1.5 μm的高熵合金氮化物薄膜，其中，磁控溅射时采用的靶材为alacrbmoczrdtie高熵合金靶，0.15≤a≤0.25、0.15≤b≤0.25、0.15≤c≤0.25、0.15≤d≤0.25、0.15≤e≤0.25，a+b+c+d+e=1，所述基底为金属3d打印件。

2.根据权利要求1所述的金属3d打印件表面改性方法，其特征在于，磁控溅射为直流磁控溅射。

3.根据权利要求1所述的金属3d打印件表面改性方法，其特征在于，惰性气体为氩气。

4.根据权利要求1所述的金属3d打印件表面改性方法，其特征在于，直流磁控溅射的电源的功率为80~250 w，磁控溅射时间为20~60 min。

5.根据权利要求1所述的金属3d打印件表面改性方法，其特征在于，按体积份数计，氮气和惰性气体的比为（3~30）：（20~50）。

6.根据权利要求5所述的金属3d打印件表面改性方法，其特征在于，惰性气体的流量为20~50 sccm，氮气的流量为3~30 sccm，惰性气体和氮气的总流量为30~50 sccm。

7.根据权利要求1所述的金属3d打印件表面改性方法，其特征在于，磁控溅射前，进行靶预溅射清洗，所述靶预溅射清洗包括：将靶材与基底之间的挡板闭合，在惰性气体下，于0.5~2 pa预溅射10~30 min。

8.根据权利要求1所述的金属3d打印件表面改性方法，其特征在于，所述alacrbmoczrdtie高熵合金靶的纯度为99.9%以上。

9.根据权利要求1所述的金属3d打印件表面改性方法，其特征在于，所述基底的材质为6061铝合金或316不锈钢。

10.如权利要求1~9中任意一项所述金属3d打印件表面改性方法在降低水接触角中的应用。