多組元合金薄膜的制備及性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)合金是指由2種或2種以上的金屬或非金屬，經(jīng)熔煉、燒結(jié)等方法組合而成具有金屬特性的材料。以某一種金屬元素為主，通過添加少量特定的其他元素形成不同性能的合金，但是合金中添加元素含量過高，會析出大量的具有復(fù)雜相的且呈脆性的金屬間化合物，使得合金的性能急劇惡化。所以傳統(tǒng)理論認為:合金元素種類越少越好。直到上世紀末，中國臺灣學(xué)者提出“高熵合金”的理論，即合金元素種類為5～13種，其中各元素含量在5at.％～35at.％之間。合金中存在多種主要

2、元素，各元素不分主次、高度混合形成“高熵效應(yīng)”，而這一創(chuàng)新性的理論促使合金研究進入了一個嶄新的發(fā)展階段。
　　本文基于上述設(shè)計理念，分別采用單靶和多靶磁控濺射制備TiWVNbMoZr系和AlCrTiWNbTa系多元合金及其氮化物薄膜，并探究了不同工藝參數(shù)（濺射功率、基片溫度、基片偏壓、N2流量）對薄膜化學(xué)組成、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、表面形貌和物理性能的影響。
　　在單靶磁控濺射方面，得出如下結(jié)論:
　　1.本實驗在不同濺射功率、基

3、片溫度和N2流量下制備的薄膜化學(xué)成分均符合高熵合金的定義;
　　2.在不同基片溫度下制備的薄膜均呈現(xiàn)非晶結(jié)構(gòu)，而氮化物薄膜中，RN＜20％時，薄膜為菲晶結(jié)構(gòu)，當(dāng)RN＞20％時，氮化物薄膜中出現(xiàn)了FCC衍射峰;
　　3.氮化物薄膜的硬度和彈性模量都隨著N2流量的增加而增大，在RN=30％時達到最大值，分別為30.1GPa和370GPa。
　　從多靶磁控濺射制備的薄膜分析結(jié)果得知:
　　1.隨著基片偏壓的增大，金屬合

4、金薄膜的各元素原子分數(shù)均在10％～30％之間，薄膜的沉積速率降低，硬度和彈性模量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，但是都分別保持在12.5GPa和180GPa左右;
　　2.N2流量較小(RN=0％～20％)時，粗糙度隨著N2流量的增加而增加。當(dāng)RN增加至30％時，薄膜表面起伏，粗糙度開始減小。當(dāng)RN=50％時，氮化物薄膜表面粗糙度又開始增加。但是該氮化物薄膜的粗糙度均很小，保持在Ra=0.3～0.4nm之間;
　　3.薄膜的硬度和彈