采用混合HiPIMS-RF溅射技术制备具有腐蚀防护功能的TiZrNbSiMo高熵合金植入体涂层

《Surface and Coatings Technology》：Biofunctional TiZrNbSiMo high entropy alloy coatings deposited by hybrid HiPIMS–RF sputtering for corrosion-resistant implant surfaces

本文报道了采用混合高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）与射频（RF）共溅射技术，在316L不锈钢表面成功制备非晶结构TiZrNbSiMo高熵合金（HEA）涂层的研究。通过调控Ti靶RF功率（0-150 W），获得Ti含量21.9-36.9 at.%的系列涂层，其均呈现致密无特征结构，硬度稳定在~10 GPa，结合力LC3>30 N。其中Ti含量30.9 at.%的T100涂层在Ringer's溶液中极化电阻提升18倍，MG-63成骨细胞实验证实其具有优异细胞相容性，为生物医用植入体表面功能化提供了新策略。

　　

¹TiZrNbSiMo高熵合金涂层的沉积

采用共溅射系统在316L不锈钢和p型硅片基底上沉积四种TiZrNbSiMo高熵合金涂层。本底和工作压力分别维持在7.9×10^?4 Pa和6.7×10^?1 Pa。高纯度钛靶（99.9%，6英寸直径）由射频（RF）电源驱动，而等摩尔比的TiZrNbSiMo高熵合金靶（6英寸直径）采用高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）在1000 Hz频率和5%占空比下工作。沉积前基底加热至200°C并进行氩等离子体清洗。

²化学成分、原子尺寸差异与价电子浓度

表2总结了TiZrNbSiMo高熵合金涂层的元素组成。随着RF功率从0 W增加至150 W，Ti含量从21.9 at.%升至36.9 at.%，而Zr、Nb、Si和Mo含量相应降低。氧含量稳定在4.9-5.5 at.%，这可能是沉积过程中残留污染所致。

结论

通过混合HiPIMS-RF共溅射技术，在316L不锈钢基底上成功制备了四种TiZrNbSiMo高熵合金涂层。通过调节钛靶的RF功率，实现了Ti含量的精确调控，且所有涂层均保持非晶结构。涂层呈现致密形貌和强结合力（LC₃>30 N）。其中含30.9 at.% Ti的T100涂层表现出最优异的腐蚀防护性能，其极化电阻达到裸316L不锈钢的18倍。