高熵合金薄膜具有高度互溶的简单固溶体结构或非晶结构，表现出高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗辐照和耐高温等传统薄膜所不能兼备的性能，在苛刻工况下精密机械部件的表面防护领域具有广阔的应用前景。尽管高熵合金薄膜具有较优异的综合性能，但是其硬度和耐磨损性能仍然低于TiN、CrN等传统硬质薄膜，无法满足高频、高载等严苛磨损工况下对薄膜材料强韧化的要求。现阶段高熵合金薄膜的研究通常采用细化晶粒、固溶强化、相变强化等方式提高薄膜的强韧性，但是其硬度与摩擦学性能仍然逊于传统硬质薄膜。纳米复合结构薄膜呈非晶或晶体基体相包裹纳米晶结构，该结构特征可赋予薄膜强韧一体化的特性。因此，本文提出通过薄膜的纳米复合结构设计来实现高熵合金薄膜强韧化的思想，基于热动力学上纳米复合结构的形成原理，设计了CuNiTiNbCr高熵合金薄膜体系，并利用高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)分别制备了具有纳米复合结构的(CuNiTiNbCr)N_x和(CuNiTiNbCr)C_x高熵纳米复合薄膜，研究了N、C含量对薄膜物相结构与力学性能及摩擦学性能的影响。
研究结果表明：（1）随着氮气流量的增加，靶前等离子体密度增加，靶的放电电流升高，薄膜中的氮含量逐渐增加，最高达到27.8 at.%；随着薄膜中氮含量的增加，氮元素与Ti、Nb、Cr反应形成(TiNbCr)N纳米氮化物相，进而形成了非晶合金基体相包裹氮化物纳米晶的复合结构；在氮含量为17.4 at.%时(CuNiTiNbCr)N_x薄膜兼具高强度和高韧性，硬度可达18 GPa，韧性达1.17 MPa·m^1/2，并且摩擦过程中形成与薄膜基体结合良好的保护性氧化层，在上述因素共同作用下，薄膜表现出良好的摩擦学性能，摩擦系数与磨损率分别为0.48与1.36×10^-6 mm³/Nm。（2）薄膜中引入碳之后，碳首先与Ti、Nb、Cr反应形成(TiNbCr)C陶瓷相，之后过剩的碳在薄膜中以非晶碳相的形式析出，薄膜的结构由非晶结构转变为非晶（非晶合金相+非晶碳相）-纳米晶碳化物陶瓷相的纳米复合结构；在碳含量为37.2 at.%时硬度与模量达到最高，分别为20 GPa与243 GPa；在碳含量为59.0 at.%时(CuNiTiNbCr)C_x薄膜中非晶碳相的比例达到最高，非晶碳相与碳化物陶瓷相的比例为3.7：1，并且在摩擦过程中形成金属氧化物与非晶碳混合的界面润滑层，薄膜的摩擦系数低至0.16，磨损率为2.0×10^-6 mm³/Nm。
本文利用薄膜中N、C原子与部分金属原子原位反应生成陶瓷相与非晶碳相，实现了强韧与耐磨减摩一体化高熵纳米复合薄膜的制备，为高熵纳米复合薄膜的强韧化设计以及耐磨减摩性能的提升提供了新的途径。
 

CuNiTiNbCr系高熵薄膜；HiPIMS；纳米复合结构；薄膜强韧化；摩擦学性能