制备工艺对超磁致伸缩Fe-Ga合金薄膜表面形貌的影响

采用JZCK-600F型多功能镀膜设备制备了Fe-Ga合金薄膜,研究了溅射工艺对Fe-Ga合金薄膜沉积速率及表面形貌的影响。用SEM、EDS研究了Fe-Ga合金薄膜的表面形貌和薄膜成分。当其他工艺参数不变时,溅射时间、溅射功率是影响Fe-Ga合金薄膜的厚度和生长速率的主要因素。随溅射时间和功率的增加,薄膜厚度和沉积速率也随之增加,并且薄膜厚度与溅射时间和功率呈现出正比例关系;但是薄膜厚度过大,加大的内应力会使薄膜剥离。溅射功率过大时,内应力同样会使薄膜内部出现裂纹。所制备Fe-Ga合金薄膜的磁畴图像明暗对比明显。磁畴形状呈现不太规则的团圈状,类似珊瑚结构。薄膜的结晶化生长良好,薄膜形貌为较均匀致密的颗粒状结构。优化的薄膜溅射工艺参数为溅射功率80 W、溅射工作气压0.6 Pa、溅射时间60 min、Ar气工作流量25 mL/min。采用此优化工艺制备的Fe-Ga合金磁致伸缩薄膜悬臂梁偏移量为69.048 μm,可满足制备微器件所需性能。     

Synthesis of TbCu7-type Structural SmCo-based Films for Microelectromechanical System Applications

微机电系统(MEMS)的发展要求Si基片上的永磁薄膜具有良好的热稳定性。采用磁控溅射工艺在单晶Si(100)基片上沉积了SmCo基永磁薄膜,研究了溅射参数对薄膜沉积速率、微观结构、晶体结构和磁性能的影响。结果表明:通过调整溅射参数可以获得TbCu7型结构的SmCo基永磁薄膜。该薄膜具有良好的晶粒取向和微观结构,因而获得了较好的面内磁性能,其反磁化过程主要受控于畴壁钉扎机制。     

铁基多层纳米磁性薄膜的组织与性能

利用溅射技术制备了铁基多层纳米磁性薄膜，通过溅射参数的调整，可以精确地控制薄膜的厚度。然后对薄膜进行退火处理，使薄膜晶化。最后，对薄膜磁性能进行了测量，得到了较好的结果。     

磁控溅射磁性薄膜成分含量和均匀性控制

用轮番溅射工艺在多靶磁控溅射设备上制备了SmCo薄膜。通过改变Sm，Co纯金属靶的溅射时间间隔和溅射功率来调整薄膜的化学成分和均匀性。实验表明，可以通过调整溅射电流来优化薄膜的化学成分。沿垂直膜面俄歇电子(AES)逐层分析证明，优化溅射工艺制备的薄膜化学成分分布均匀。电子衍射表明薄膜溅射态为非晶结构，经过400℃退火处理，薄膜开始晶化。VSM分析表明溅射态的薄膜为软磁特征。晶化后的薄膜表现为硬磁特征，450℃退火时薄膜的矫顽力最大，达80320A／m。薄膜呈现一定的各向异性。     

本底真空对磁控溅射镍铬合金薄膜电阻的影响

目的研究本底真空对溅射镍铬合金薄膜性能的影响。方法在不同溅射时间下制备了不同厚度的镍铬合金薄膜,采用4、6、8、10 h不同的抽真空时间制备薄膜样品,并在空气、氮气及真空气氛中,对同一工艺条件下制备的镍铬合金薄膜样品分别在300、400、500℃下进行热处理,所有样品分别测试方块电阻。结果不同厚度的镍铬合金薄膜的方块电阻与薄膜厚度之间存在非线性关系,样品的方块电阻随着溅射前抽真空时间的增加而降低。在真空和空气中进行热处理的薄膜的方块电阻变化规律一致,而在氮气中的则相反。结论本底真空残留气体对镍铬合金薄膜的氧化是引起薄膜电阻率增大的主要原因,即射频磁控溅射镍铬合金薄膜被氧化而使电阻率增大,随着溅射时间的增加,残留气体影响减小,导致电阻率降低。前期抽真空时间大于9 h,靶材溅射清洗时间大于110 min时,制备的镍铬合金薄膜电阻率才趋于稳定。     

离子束溅射技术制备PtRu纳米合金薄膜载体催化剂材料及其结构表征

采用离子束溅射技术，Pt和Ru双靶材通过制备工艺条件的设计，制备出含单质Pt、单质Ru及PtRu合金的纳米载体薄膜材料。采用X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱等分析手段表征了薄膜材料的结构，验证了离子束溅射技术制备Pt合金薄膜的可操作性，并对Pt合金戍膜规律进行了初步探索。     

SmCo／Cr薄膜中Cr底层最佳溅射条件的正交设计研究

在SmCo/Cr薄膜中，Cr底层的取向结构对薄膜的磁学性能有很大的影响。设计了4因素3水平的正交实验L9(3^4)，并通过数理统计的方法分析了Cr底层的溅射参数对SmCo／Cr薄膜矫顽力的影响。用较少的实验得到Cr底层的最佳实验条件：靶基距为4cm，功率为50w，溅射气压为0．5Pa，溅射时间为9min。并发现了靶基距、功率和溅射气压对薄膜矫顽力的影响较大，其中靶基距是薄膜矫顽力最主要的控制因素。而溅射时间在所取的水平上对薄膜矫顽力的影响最小。本实验设计可达到95％的置信度。     

SmCo薄膜的不均匀晶化及其磁性能

采用不同的磁控溅射和回火工艺制备了SmCo磁性薄膜.用能谱仪对不同工艺溅射的样品进行了化学成分分析; 用透射电子显微镜和振动样品磁强计(VSM)研究了薄膜的显微结构和磁性能.结果表明: 溅射态的薄膜为非晶态并具有软磁特征; 当回火温度位于400～ 450℃之间时, 薄膜的微观组织均匀细小, 且随着回火温度增加, 矫顽力增大, 并在450℃回火的样品中得到了最大的矫顽力.回火温度500℃后, 薄膜微观组织中晶粒出现了不均匀粗化, 矫顽力明显降低.     

单靶磁控溅射Cu1-xCrx(x=1.19～2.37)薄膜的制备

利用简易合金靶材在Si(100)基底上单靶磁控溅射制备Cu1-xCrx(x=1.19~2.37,摩尔分数,%)薄膜。研究不同名义成分的合金靶材得到的溅射态薄膜的成分、电学性能、组织结构及表面状态。研究结果表明:利用简易合金靶材制备的Cu1-xCrx薄膜成分可控。Cr的加入增强了溅射态薄膜的(111)织构,且随着薄膜厚度的增加,(111)织构增强;855nm厚的Cu-2.37%Cr薄膜的(111)与(200)的峰强比高达8.48;合金元素Cr显著影响溅射态薄膜的表面状态(平整性和致密度)和电阻率;随着Cr含量的增加,前者呈现先升高后下降的趋势,而薄膜电阻增加;Cu-2.18%Cr薄膜由于应力增加局部产生微裂纹,薄膜连续性下降。并从薄膜生长动力学以及自由能的角度对上述结果进行了初步的阐述。     

功率对磁控溅射TbDyFe薄膜磁致伸缩性能的影响

采用直流磁控溅射工艺制备TbDyFe磁致伸缩薄膜，通过考察薄膜成分及其微结构，分析研究了溅射功率对薄膜磁致伸缩性能的影响。结果表明，同一薄膜内部成分相当均一，但不同溅射功率条件下的薄膜成分相异。溅射功率较低，薄膜内部微柱状体结构导致了磁各向异性的产生，磁致伸缩性能下降；溅射功率提高到120W，微柱状体结构消失，薄膜内部趋于均一连续，磁致伸缩性能较好。     

磁控溅射Ti膜对AZ91镁合金耐磨耐蚀性能的影响

目的通过表面镀Ti膜提高AZ91镁合金的耐磨性能。方法通过直流磁控溅射方法在AZ91镁合金表面镀Ti膜,用拉伸实验法在电子万能实验机上测定薄膜的附着强度,用原子力显微镜观察薄膜与基体的界面形貌,并分析不同溅射参数时膜基的结合能力。通过湿摩擦实验分析两种试样的耐磨性能,采用Js M-670l F冷场发射型扫描电子显微镜观测两种试样磨损后的表面形貌。采用动电位极化曲线测试装置测得两试样的极化曲线,从而判定其耐腐蚀能力。结果通过直流磁控溅射方法制备的Ti膜和AZ91镁合金基体的结合能力与溅射时间有关,当溅射时间为6 min时,膜基结合能力最佳,但结合其他两项参数,所制备试样采用的时间应为4 min。AZ91镁合金镀Ti膜后磨损率降低,腐蚀电流降低,腐蚀电位升高。结论直流磁控溅射方法镀Ti膜提高了AZ91镁合金的耐磨耐蚀性能。     

磁控溅射温度与时间对ZrN薄膜附着力的影响

采用非平衡磁控溅射技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢上制备了ZrN薄膜。用SEM、EDS观察并分析了薄膜的表面形貌和成分,用光电轮廓仪测量了膜层厚度。并采用划格法测试不同溅射时间和温度制备的薄膜附着力大小。分析不同溅射时间和温度对薄膜附着力的影响规律。结果表明,通过调节磁控溅射时间和温度可以得到具有一定厚度,成分稳定,结构致密的ZrN薄膜,且溅射时间在1～20 min范围内时间越长薄膜附着力越大,溅射时间超过20 min,附着力趋于稳定;溅射温度在30～90℃范围内温度越高薄膜附着力越大,超过90℃溅射温度继续升高附着力减小。     

高熵合金薄膜微观结构与摩擦学性能的研究综述

在机械系统运行中存在的摩擦磨损问题直接影响系统的工作效率、运行可靠性和使用寿命。如何降低摩擦磨损对机械系统运行的影响至关重要。通过特殊的表面处理工艺在关键工件表面沉积耐磨损、自润滑的薄膜在众多的减摩降损方法中效果突出。相较于传统薄膜,高熵合金薄膜具有独特的微观结构和优异的力学性能,在摩擦领域表现出极佳的发展潜力。概述了近年来有关高熵合金薄膜的研究进展。首先介绍了高熵合金薄膜的基本概念和制备方法,论述了这些制备方法的原理、优缺点和适用领域。其中,通过磁控溅射法制备的高熵合金薄膜的表面光滑致密、成分均匀性好、膜基结合强度较高、组织结构可控,该方法已成为高熵合金薄膜最常用的制备方法。重点论述了采用磁控溅射法来调节元素组分、工艺参数、界面结构对高熵合金薄膜的微观结构和摩擦性能的影响,并从耐磨损性和减摩自润滑性等方面分析改善高熵合金薄膜摩擦学性能的关键因素。高熵合金薄膜具有硬质的组织结构、表面光滑致密、膜基结合牢固等特点,这是提升耐磨损性能的关键。通过复合自润滑相或氧化磨损诱导生成致密的润滑膜,可显著改善其减摩性能。总结了目前研究中存在的问题和不足,并就未来高熵合金薄膜在摩擦领域的研究方向进行了展望。     

磁控溅射制备高熵合金薄膜研究进展∗

作为新兴合金材料,多主元高熵合金打破了传统合金中主要组成元素为一种或两种的合金设计理念,由至少五种主要元素构成,从而获得的高熵效应使其在性能上往往比传统合金具有更大的优势,如高硬度、高强度、抗高温氧化、耐腐蚀等。 近年来,高熵合金薄膜的性能及制备技术同样备受学术界和工业界的关注。 磁控溅射薄膜制备技术具有成膜温度低、膜层致密、结合力好等优点,已逐渐应用于高熵合金薄膜的制备及性能研究,具有非常大的工程应用前景。 介绍直流、射频、离子束及脉冲磁控溅射的特点及其在高熵合金薄膜中的应用,重点分析不同磁控溅射技术下制备的高熵合金薄膜的相结构特点和规律,并系统地阐述薄膜优异的各种性能,最后展望磁控溅射技术制备高熵合金薄膜发展的方向。     

氮含量对Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜的影响

目的 探究氮含量对MoTaW多主元合金薄膜的微观组织和力学性能的影响,并提高Mo-Ta-W多主元合金薄膜的力学性能。方法 采用反应多靶磁控溅射技术在单晶硅片上制备出了具有不同氮含量的Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜,通过X射线光电子能谱仪、掠入射角X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜对薄膜的成分、组织结构、表面及截面微观形貌、厚度和粗糙度进行了表征分析,并采用纳米压痕仪对薄膜的硬度和弹性模量进行了测试。结果 Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜中的氮含量随着溅射过程中氮气流量的增加而增加,当氮气流量达到50%时,薄膜中的氮含量升至49%,而钽含量则随之降低至12%。形成氮化物后,Mo-Ta-W多主元薄膜由BCC结构转变成了单相FCC固溶体结构,表面由层片状结构转变为花椰菜状团簇结构,随着氮含量的增加,表面的粗糙度先降低后升高,厚度则不断降低。与Mo-Ta-W多主元合金薄膜相比,Mo-Ta-W多主元合金氮化物薄膜的力学性能有所提高,但随着氮含量的增加而下降,当氮气流量为10%时,Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜的硬度和弹性模量分别为34.3 GPa和327.5 GPa。结论 氮化物的形成对Mo-Ta-W多主元合金薄膜的相结构、表面形貌等有影响,可有效提高薄膜的力学性能。     

磁控溅射技术制备二氧化钛薄膜研究进展

磁控溅射技术具有溅射速率高、膜基结合力好、易实现工业化生产等技术优势,在二氧化钛薄膜制备方面具有显著优势,但磁控溅射参数对二氧化钛薄膜结构和性能的影响显著,如何通过控制和优化磁控溅射参数,获得高性能二氧化钛薄膜已成为目前的研究热点。概述了不同晶型二氧化钛的结构特点、物理性质和磁控溅射制备二氧化钛薄膜的工作原理,指出成膜过程中的溅射功率、溅射气压、溅射时间、沉积温度和氧分压等是影响薄膜结构和性能的主要因素,并详细阐述了上述五种工艺参数对二氧化钛薄膜沉积速率、膜层厚度、表面粗糙度、相组成和光催化性能等的影响规律和作用机制。此外,还对其他影响薄膜结构和性能的关键因素及影响规律进行了介绍,包括退火温度对膜层组织转变影响的规律,金属元素掺杂和非金属元素掺杂对膜层形貌和性能的影响,以及不同溅射靶材特点及其对成膜过程的影响。最后提出未来磁控溅射技术制备二氧化钛薄膜的研究难点,并对二氧化钛薄膜的下一步研究方向进行了展望。     

退火温度对磁控溅射TiN/TiCN薄膜残余应力、结构及耐蚀性能的影响

采用反应磁控溅射在AZ31合金上制备了TiN/TiCN薄膜,并对沉积后的薄膜进行真空去应力退火。分别采用X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电镜(SEM)、掠入射X射线衍射(GIXRD)和电化学工作站对退火前后的薄膜进行表面化学成分、形貌结构、残余应力以及耐蚀性能分析。结果表明:薄膜由FCC结构的TiCN和TiN组成。退火后,薄膜的晶粒尺寸和结晶度增大,内部残余应力显著下降,电化学腐蚀区域的Ti、C、N元素含量下降,250 ℃退火薄膜的耐蚀性能与沉积态薄膜相当,300 ℃退火后薄膜的耐蚀性能下降。     

靶材成分对磁控溅射PTFE超疏水薄膜的影响

目的了解靶材成分对磁控溅射PTFE薄膜性能的影响,以提升PTFE薄膜疏水性能。方法采用射频磁控溅射技术,在玻璃基片上一步制备了透明超疏水聚四氟乙烯薄膜,并研究了不同PTFE靶材对薄膜的影响。利用X射线光电子能谱仪(XPS)、接触角测试仪(Drop Meter)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)分别对靶材和薄膜的性能进行研究。结果两靶材的氟碳官能团含量有明显差异,且靶材1含有CF2O,靶材2中不含。靶材的成分影响了PTFE的溅射率,靶材1的溅射率为靶材2的2倍。相同溅射时间下,靶材不同的薄膜厚度不同,从而表现出不同的静态水接触角。薄膜的疏水性能与薄膜厚度呈现指数关系,最终稳定在170°水接触角平台。同时,溅射过程中,F离子刻蚀到玻璃基底而引入了Na F,但薄膜中Na F和氟碳基团的含量与靶材成分相关。薄膜中Na F的存在,提升了薄膜的F/C比,降低了薄膜表面能,提升了其疏水性能,但降低了薄膜的可见光透过率。结论一步制备透明超疏水聚四氟乙烯薄膜的技术具有广泛应用前景,了解靶材成分对薄膜性能的影响具有重要指导意义。