激光复合制造增强光吸收的疏水性TiTaCrNbVN高熵合金氮化物涂层研究

针对航空关键部件结冰难题，研究人员创新性地将高熵合金氮化物(HEA)与微结构设计结合，开发出兼具疏水性和光热转换功能的TiTaCrNbVN涂层。通过激光增减材复合工艺，实现氮含量达38.2%、接触角143.99°的涂层，光吸收率高达97.31%，为抗结冰领域提供了新材料解决方案。

　　

在极寒环境下，飞机机翼、发动机叶片等关键部件表面结冰会引发严重安全事故。传统电加热除冰技术需复杂电路系统，而仿生超疏水表面在极端低温下仍会结冰。如何开发兼具被动防冰和主动除冰功能的材料，成为表面工程领域的重要挑战。

研究人员通过创新性的激光复合制造工艺，在Ti6Al4V基体上成功制备出TiTaCrNbVN高熵合金氮化物涂层。该研究突破传统两步法存在的钛元素偏析和氮渗透深度不足等瓶颈，采用氮气环境下多层TaCrNbVN粉末沉积技术，使表层400μm深度内氮原子比达到38.2%。通过皮秒激光加工和十四烷酸改性，构建出接触角达143.99°的微纳结构，光吸收率提升至97.31%。

关键技术包括：1）直接激光沉积(DLD)优化多层沉积参数；2）氮气氛围原位氮化工艺；3）皮秒激光表面织构化；4）十四烷酸疏水改性。研究通过SEM、EDS等表征手段验证了元素均匀分布和微观结构特征。

【涂层制备】采用四层TaCrNbVN粉末在氮气中沉积于重熔Ti6Al4V基体，解决了元素偏析问题。SEM显示优化参数后表面无脆性剥落，XRD证实形成稳定氮化物相。

【疏水性能】激光织构与化学改性协同作用，使接触角达143.99°，滚动角降至4°，远超常规超疏水表面。

【光热性能】窄带隙CrN/VN与宽带隙TaN/NbN协同作用，实现全光谱吸收。测试显示97.31%的吸收率创高熵氮化物涂层纪录。

该研究开创性地将高熵合金优异的热稳定性与表面疏水设计结合，为航空领域抗结冰提供了新思路。涂层的光热-疏水双重机制既可延缓结冰，又能通过太阳能快速除冰，避免了传统电加热系统的复杂结构。研究成果发表于《Surface and Coatings Technology》，为高性能功能涂层开发提供了重要参考。