金属学报

作者：张建东, 席晓翀, 凌永生, 曾繁荣, 单卿, 贾文宝

单位：南京航空航天大学 材料科学与技术学院 南京 211106

关键词：磁控溅射,阻氚涂层,第一性原理,氚吸附,力学稳定性,

基金：国家自然科学基金项目(12305305);中国博士后面上基金项目(2023M731657);南京航空航天大学研究生科研与实践创新计划项目(xcxjh202306204)

在聚变堆中的氚增殖部位，阻氚涂层可以有效阻止氚向包层结构材料扩散，避免材料退化与氚资源的损失。然而，现有涂层(如α-Al2O3、Er2O3等)在辐照等极端环境下的性能受到挑战，高熵涂层被认为是有效的解决途径。本工作采用磁控溅射方法在不同N2流量条件下制备了(AlCrTaTiZr)N x 涂层，并借助XRD、SEM和EDS等手段研究了涂层的晶体结构、微观形貌以及元素含量。结果表明，当未通入N2时，溅射涂层为非晶态金属薄膜；通入N2后形成fcc结构的氮化物薄膜。当N2的流量比RN = 15%时，涂层结晶效果最好，与Si基体紧密结合且致密性良好。在实验基础上构建并研究了涂层在服役条件下的氢同位素-表面相互作用问题。首先，采用第一性原理并结合特殊准随机结构(SQS)构建了H2分子在(AlCrTaTiZr)N (001)面的吸附模型；随后，计算了不同位点和吸附方式的吸附能，并分析了不同H2覆盖度下稳定吸附对涂层力学性能的影响。结果表明，H2在涂层表面的吸附属于物理吸附。垂直吸附的Hollow位是最稳定的吸附位，且CrTaTiZr构成的Hollow位最为稳定。吸附后(AlCrTaTiZr)N涂层的体积模量(B)、剪切模量(G)、Young's模量(E)、Poisson比(ν)和B / G均略有下降，表明H2的吸附导致涂层的强度、硬度以及延展性下降。

来源：2025年第12期

《金属学报》期刊编辑部

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