Fabrication of (TiZrNbSiMo)1-xNx high entropy alloy coatings using a high power impulse magnetron sputtering technique: Effects of nitrogen addition

材料科学 高功率脉冲磁控溅射 溅射沉积 腐蚀 纳米晶材料 微观结构 冶金 物理气相沉积 氮化物 合金 涂层 无定形固体 氮气 溅射 复合材料 薄膜 纳米技术 图层(电子) 化学 有机化学
作者
Bih‐Show Lou,Ren-Zong Lin,Chia‐Lin Li,Jyh‐Wei Lee
出处
期刊:Surface & Coatings Technology [Elsevier BV]
卷期号:483: 130772-130772 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.surfcoat.2024.130772
摘要

Due to the outstanding mechanical and physical properties of high entropy alloy (HEA) coatings, the global academic and industrial communities have made significant research efforts in recent years, aiming to expand their industrial applications. In this study, TiZrNbSiMo and (TiZrNbSiMo)1-xNx HEA nitride coatings with different nitrogen contents were fabricated using a high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) system. By varying the nitrogen flow rates, the nitrogen contents of coatings increased from 0 to 48.8 at. %. The deposition rate decreased with increasing nitrogen content due to the target poisoning effect. Very fine and dense microstructure can be seen for each coating. The amorphous structure was obtained as the nitrogen content was lower than 19.1 at.%, whereas a nanocrystalline FCC structure was formed when the nitrogen content reached 34.9 at. %. Furthermore, the corrosion resistance of TiZrNbSiMo and four TiZrNbSiMoN HEA coatings in 0.5 M H2SO4 aqueous solution were superior to uncoated 304 stainless steel. We can conclude that the nanocrystalline TiZrNbSiMoN HEA coatings with a nitrogen content of 34.9 at. % exhibited a high hardness of 15.6 GPa, an electrical resistivity of 766.5 μΩ·cm, and an excellent corrosion polarization resistance of 9.71 × 105 Ω·cm2, 610.7 times higher than 304SS. This study provides valuable insights for future promising applications of (TiZrNbSiMo)1-xNx HEA nitride coatings in severely corrosive environments, such as the protective coatings on stainless steel bipolar plates in proton exchange membrane fuel cells.
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