氮含量对(BCSiAlCr)Nx薄膜结构和耐腐蚀性能的影响

采用直流磁控溅射技术在Si(100)晶片和304不锈钢上沉积了(BCSiAlCr)N_x薄膜。采用XRD、XPS、TEM和SEM分别分析了薄膜的成分、晶体结构和形貌。利用电化学工作站测试了薄膜的耐腐蚀性能,包括动电位极化试验、恒电位极化试验以及阻抗试验。结果表明,在3.5%NaCl溶液中HE3薄膜样品具有最低的腐蚀电流密度(Icorr)0.031 1μA/cm2和最高的腐蚀电位-37.557 mV;在0.5 mol/L硫酸溶液耐腐蚀试验中,HE3薄膜样品同样具有最低的腐蚀电流密度和最高的腐蚀电位,表现出最优异的耐腐蚀性能。随着薄膜中氮含量的增多,薄膜非晶程度增加,致密性提高,表面缺陷及孔洞消失,耐腐蚀性能改善。研究结果证明,(BCSiAlCr)N_x薄膜在腐蚀防护方面具有潜在的应用前景。     

射频磁控溅射(Ti,Al)N薄膜性能的研究

采用射频磁控溅射，用Al靶和Ti靶同时溅射沉积（Ti，Al）N薄膜。研究表明：不同Al靶功率沉积的薄膜中始终存在面心立方结构（B1型），当Al靶功率大于250W薄膜中面心立方结构（B1型）和六方结构（B4型）共存。随Al成分的增加，B1型结构晶格常数减小，薄膜择优取向由B1型（111）向B4型（002）转变。薄膜表面随Al靶功率增加分别呈岛状、纤维状和柱状增长。（Ti，Al）N薄膜的硬度随Al靶功率的增加呈上升趋势。等离子体发射光谱分析显示，在相同工艺条件下Al靶比Ti靶先进入非金属态溅射模式，导致在相同功率下Al溅射速率低于Ti溅射速率。     

高功率脉冲磁控溅射ZrN纳米薄膜制备及性能研究

采用高功率复合脉冲磁控溅射的方法(HPPMS)在不锈钢基体上制备ZrN纳米薄膜,并研究了不同的工作气压对薄膜形貌、相结构及各种性能的影响。采用SEM、XRD对其表面形貌和结构进行分析,发现制备的薄膜表面光滑、致密,无大颗粒,主要以ZrN(111)和ZrN(220)晶面择优生长,并呈现出多晶面竞相生长的现象。对薄膜硬度、弹性模量、耐磨性和耐腐蚀性的测试发现薄膜具有很高的硬度,最高可达33.1 GPa,同时摩擦系数均小于0.2,耐腐蚀性也都有很大提高,腐蚀电位比基体提高了0.28 V,腐蚀电流下降到未处理工件的1/5。工作气压较低时,薄膜耐磨耐蚀性能都较好,但在较高气压时,耐磨耐蚀性能出现一定的下降。     

(Ti,Al,Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能

采用多弧离子镀技术和Ti-Al合金靶及Zr单质靶的组合,在高速钢基体上制备了(Ti,Al,Zr)N多元N梯度硬质反应膜.分别用扫描电镜、X射线衍射仪观察测定(Ti,Al,Zr)N梯度膜膜层的表面、断面形貌、成分以及相结构,研究了(Ti,Al,Zr)N多元氮梯度硬质反应膜的组织结构和性能.结果表明,与TiN、(Ti,Al...     

高功率脉冲磁控溅射氩氮比对ZrN薄膜结构及性能的影响

采用高功率复合脉冲磁控溅射的方法(HPPMS)在不锈钢基体上制备ZrN薄膜,对比DCMS方法制备的ZrN薄膜,得出HPPMS制备的薄膜表面更平整光滑、致密,既无空洞、又无大颗粒等缺陷。Ar/N对薄膜相结构及硬度、耐磨耐蚀等有较大影响。XRD结果显示,薄膜主要以ZrN(111)和ZrN(220)晶面择优生长,并呈现出多晶面竞相生长的现象。制备的ZrN薄膜的硬度最高可达33.1 GPa,同时摩擦系数小于0.2,耐腐蚀性也有很大提高,腐蚀电位比基体提高了0.27 V,腐蚀电流下降到未处理工件的1/5。存在一个合适的Ar/N比,使得制备的ZrN薄膜具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。     

合金元素对CoCrFeNi基高熵合金相组成和力学性能影响的研究现状

基于多主元设计理念的高熵合金(又称多主元合金)虽然组成元素复杂,但能形成简单结构的固溶体,并具有优异的性能,已成为当前高性能金属材料的研究热点之一。目前的研究主要集中在固溶体形成条件、成分种类、含量、组织结构及不同退火温度对合金的组织和力学性能的影响等方面。学者们还界定了形成固溶体时合金混合焓、原子半径及价电子浓度(VEC)的范围。当前的研究以CoCrFeNi基合金最为广泛,主要研究目标包括提高BCC型合金的塑性或FCC型合金的强度,以及开发具有良好的可铸性、易适应大规模生产的共晶高熵合金。通过降低晶粒尺寸、热处理和引入新元素等方法,使高熵合金产生晶界强化以及析出细小、弥散的第二相,从而有效地强化FCC基体。通过一系列的合金设计,研究出一些低成本、高性能的合金,进而也可用于一些高性能要求的零件或制备成高性能涂层。本文综述了合金元素Al、Cu、Ti、Mn、Mo、Pd、Nb及两种元素协同作用对铸态CoCrFeNi基高熵合金的相组成和力学性能的影响。通过对比发现,不同元素由于其原子半径、电负性以及与其他元素的结合力不同对高熵合金的相形成产生不同的影响,从而影响其力学性能。Al、Ti和Mo等原子半径较大元素的添加会产生固溶强化,使得合金的硬度增大。同时,Al元素的添加会因形成有序的B2相而产生第二相强化;部分合金还能形成共晶高熵合金。Ti和Mo元素由于与其他元素的混合焓较小容易形成复杂的化合物使得合金变脆。而Cu与其他元素混合焓较大,易优先在枝晶间析出。铸态下Mn含量的变化不影响合金的晶体结构,合金为FCC相。经过时效处理后,Mn含量高的合金有少量σ相析出。添加Nb元素后,合金由于Laves相的出现强度增加且变脆。此外,还对添加Pb元素后合金的饱和磁化性能以及部分合金的耐腐蚀性等进行了综述。本文可为高熵合金的成分设计及研究提供参考。     

射频磁控溅射制备（AlCrTiZrNb）N高熵合金薄膜的微观组织和力学性能

研究了氮含量对(AlCrTiZrNb)N高熵合金薄膜微观结构和力学性能的影响,利用射频磁控溅射工艺在不同N₂和Ar流量比下制备了(AlCrTiZrNb)N高熵合金薄膜。结果表明,随着氮气流量的升高,(AlCrTiZrNb)N薄膜的沉积速率逐渐下降,AlCrTiZrNb合金薄膜的结构由非晶态转变为由Me-N(金属氮化物)构成的面心立方固溶体结构,(AlCrTiZrNb) N薄膜的择优生长取向为(200)晶面。同时随着N₂流量的增加,(AlCrTiZrNb) N高熵合金薄膜的硬度首先快速升高,随后略微降低。当N₂:Ar=1:1时,(AlCrTiZrNb)N薄膜硬度最大值28.324 GPa,此时(AlCrTiZrNb) N薄膜呈现单一的面心立方固溶体结构,饱和Me-N相的形成与各元素的固溶强化作用是其硬度的增长的主要原因。     

氮氩流量比对NiTiAlCrN涂层抗空蚀性能的影响

通过改变通入氮气与氩气的比例,探究不同N含量NiTiAlCrN涂层的结构与性能。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪等表征涂层材料的组织结构和形貌,超声振动空蚀机对涂层进行空蚀实验,探究NiTiAlCrN涂层空蚀破坏的机理。结果表明,NiTiAlCrN涂层呈面心立方结构,在(111)和(200)晶面呈现择优取向。随着氮氩流量比增加,硬度、弹性模量和抗空蚀性能先升高后降低。氮氩流量比为1∶1时涂层的结构最致密,晶粒最细,硬度最高,抗空蚀性能最强。氮氩流量比为3∶2时涂层所能承受的弹性势能最大,韧性最强,但抗空蚀的能力低于氮氩流量比为1∶1时的涂层,说明硬度比弹性模量对涂层抗空蚀方面的影响更大。在空蚀坑的内壁发现大量的Cr₂O₃、Al₂O₃等具备抗空蚀性的氧化物,减轻微射流的冲击,降低对涂层的进一步损坏。     

铜含量对CoCrFeNi高熵合金组织结构和性能的影响

通过设计不同Cu含量的CoCrFeNi高熵合金,筛选出一种具有较高强度和导电性的Cu基高熵合金。采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、力学性能测试机、电阻测试仪研究了铸态CoCrFeNiCux(x=1,2,3,4,5)高熵合金的组织、力学和导电性能。当x=1,2时,合金为FCC单相;当x≥3时,合金除了FCC相外还存在其他析出相。当x=1时,合金的微观形貌由等轴晶组成;当x≥1时,合金的微观形貌是树枝晶和等轴晶形貌,枝晶间的Cu含量较高。合金的拉伸强度和伸长率均随着Cu含量的升高先降低后升高,其中CoCrFeNiCu3合金的综合力学性能最差,抗拉强度仅约120 MPa,伸长率不到1%。CoCrFeNiCu5合金具有最优异的综合力学性能,其抗拉强度约为370 MPa,伸长率约为11%。合金的电阻率随着Cu含量的升高逐渐降低,CoCrFeNiCu5合金的电阻率最低,导电性能最好,同时,电阻随着温度的升高而升高。测试了5种合金的热膨胀系数,其随着Cu含量的升高呈波浪性上升。结合拉伸测试和导电性能测试结果,CoCrFeNiCu5合金具有优异的综合力学性能和导电性能。     

沉积膜厚度对NdFeB薄膜形貌和磁性能的影响

采用直流磁控溅射法,以P型单晶硅为基体材料,通过调整溅射时间制备出不同厚度的NdFeB薄膜.然后对不同厚度的薄膜运用相关仪器进行表征,结果表明,NdFeB薄膜厚度随着溅射时间的延长呈现近似线性增加,不同溅射时间段的沉积速率近似相同.矫顽力随着薄膜的厚度和Nd含量的增加而增加,薄膜中F的含量由84.01％降至81.65％,Nd含量由10.73％升至13.10％,B含量在5.25％～5.38％范围内浮动.     

磁控溅射法制备Zn_(1-x)Co_xO薄膜的磁性能

采用磁控溅射工艺,在玻璃基片上制备了Zn1-xCoxO(x=0.02~0.15)稀磁半导体薄膜。采用X-射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、振动样品磁强计(VSM)研究了薄膜的相结构、化学成分及价态、表面形貌和磁性能。结果表明,本实验条件下,薄膜不存在Co及Co的氧化物相,薄膜中Zn的化学价为+2,Co则以+2和+4价的形式存在;薄膜晶体结构为c轴取向生长的六方纤锌矿结构;薄膜表面平整致密。在温度为300 K时,Zn0.9Co0.1O薄膜呈铁磁效应,在M-H曲线中观测到明显的磁滞回线特征。     

磁控溅射制备TiO2薄膜的亲水性能研究

用射频磁控溅射法在玻璃基片上制备TiO2薄膜,并分别在300℃、400℃、500℃下进行热处理.用紫外吸收光谱、原子力显微镜(AFM)、接触角测定等分析方法研究了制备工艺、热处理和紫外光照射时间对薄膜表面亲水性的影响.结果表明,经紫外光照射或热处理后的TiO2薄膜表面表现出明显的超亲水性,而制备工艺的变化对亲水性的影响不明显.光谱、AFM分析表明,导致薄膜表面亲水性的原因在于薄膜表面微结构的变化.     

射频磁控溅射制备HfLaO薄膜结构和光学性能研究

采用射频磁控溅射技术制备HfLaO薄膜, 利用X射线衍射(XRD)分析了薄膜的微结构, 通过紫外?可见光分光光度计测量了薄膜的透过谱, 计算了薄膜的折射率和禁带宽度, 利用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌. 结果表明: 沉积态HfLaO(La: 25%~37%)薄膜均为非晶态, 随着La掺入量的增加, HfLaO薄膜的结晶化温度逐渐升高, HfLaO(La~37%)薄膜经900℃高温退火后仍为非晶态, 具有优良的热稳定性, AFM形貌分析显示非晶薄膜表面非常平整. 随着 La掺入量的增加, HfLaO薄膜的透射率先降后增, 在可见光范围薄膜均保持较高的透射率(82%以上). HfLaO薄膜的折射率为1.77~1.87. 随着La掺入量的增加, HfLaO薄膜的折射率呈先增后降的变化趋势, 同时HfLaO薄膜的Eg逐渐降低, 分别为5.9eV(La~17%)、5.87eV(La~25%)、5.8eV(La~33%)和5.77eV(La ~37%).     

退火时间对磁控溅射Al/PbTe薄膜结构及性能的影响

采用RF磁控溅射法制备了Al/PbTe薄膜,并在真空电阻炉中对薄膜进行退火处理,研究了退火时间对Al/PbTe薄膜的表面形貌、物相组成、透射率和电阻率的影响。结果表明：所制备的Al/PbTe薄膜具有明显的〈100〉方向择优取向;随着退火时间的延长,薄膜的PbTe（200）衍射峰强度明显下降,并且出现了PbTe（111）衍射峰;退火后Al/PbTe薄膜表面出现了花状聚集,且随着退火时间的延长,花状聚集越来越密集和均匀;退火后Al/PbTe薄膜的吸收带向短波方向发生了少许偏移,随着退火时间的延长薄膜的透射率和电阻率都呈现先减小后增大的趋势。     

基底温度对直流磁控溅射制备氮化铜薄膜的影响研究

采用反应直流磁控溅射镀膜法,在氮气分压为0.9Pa、不同基底温度下、玻璃基底上制备了纳米多晶Cu3N薄膜,并研究了基底温度对薄膜结构和性能的影响。结果表明,当基底温度为100℃及以下时,薄膜以[111]方向择优生长为主;在150℃及200℃时,薄膜以[100]方向择优生长为主;250℃时开始出现Cu的[111]方向生长,300℃时已完全不能形成Cu3N晶体,只有明显的Cu晶体。随基底温度的升高,薄膜的沉积速率在13～28nm/min呈U型变化,低温和高温时较高,150℃时最低;薄膜的电阻率显著降低;薄膜的显微硬度先升后降,100℃时显微硬度最大。     

溅射沉积掺Ag的SnSe薄膜的微结构和热电性能

使用粉末烧结SnSe合金靶高真空磁控溅射制备掺杂Ag的SnSe热电薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段分析薄膜的相组成、表面形貌、截面形貌、微区元素含量和元素分布,利用塞贝克系数/电阻分析系统LSR-3测量沉积薄膜的电阻率和Seebeck系数,研究了不同Ag含量SnSe薄膜的热电性能。结果表明,采用溅射技术可制备出正交晶系Pnma结构的SnSe相薄膜,掺杂的Ag在薄膜中生成了纳米Ag₃Sn。与未掺杂Ag相比,掺杂Ag的SnSe薄膜其电阻率和Seebeck系数(绝对值,下同)明显减小。并且在一定掺杂范围内,掺杂Ag越多的薄膜电阻率和Seebeck系数越小。未掺杂Ag的SnSe薄膜样品,其Seebeck系数较大但是电阻率也大,因此功率因子较小。Ag掺杂量(原子分数)为7.97%的样品,因其Seebeck系数绝对值较大而电阻率适当,280℃时的功率因子最大(约为0.93 mW·m^-1·K^-2),比未掺杂Ag的样品(PF=0.61 mW·m^-1·K^-2)高52%。掺杂适量的Ag能提高溅射沉积的SnSe薄膜的热电性能(功率因子)。     

反应磁控溅射制备SnO2薄膜及其微观形貌与光致发光性能研究

利用反应磁控溅射法(RMS)制备了SnO_2薄膜,并研究了溅射参数对薄膜微观结构和光学性能的影响。结果表明,随着溅射气压、氧分压的增大和衬底温度的升高,薄膜沉积速率相应减小;在不同衬底温度下(室温至600℃)溅射薄膜时,较高的衬底温度可得到较大的SnO_2晶粒,表面更为粗糙;此外,将原生SnO_2薄膜在O_2气氛下退火可以改善其结晶度,原本的柱状结构转变成致密的薄膜结构,其光学禁带宽度变宽至3.85eV;经过退火的SnO_2薄膜的光致发光(PL)强度显著增强,位于约610nm的PL发光峰主要是源于SnO_2纳米晶体表面悬挂键的未饱和电子态。     

溅射沉积富镁Mg3Bi2薄膜的热电性能

采用Mg-Bi化合物靶和金属Mg靶用磁控溅射技术制备富Mg的Mg₃Bi₂薄膜并表征其相组成、表面和截面形貌,研究了薄膜的热电性能。结果表明,这种富Mg薄膜由Mg₃Bi₂相和金属Mg相组成且Mg₃Bi₂结构中有Mg空位,具有p型导电特征,Seebeck系数为正值。随着温度的提高,富Mg薄膜的电阻率先略微提高而后显著降低;随着Mg含量的提高富Mg薄膜的电阻率逐渐提高,但是Mg含量达到一定数值后电阻率又急剧下降。Mg含量较低时Seebeck系数随着温度的提高开始时略下降随后很快增大,达到最大值后又很快降低;Mg含量较高时随着温度的提高Seebeck系数开始时略增大,随后缓慢下降。除了Mg含量较低的样品,在温度相同的条件下随着Mg含量的提高薄膜的Seebeck系数值增大,但是Mg含量过高时Seebeck系数值迅速降低,达到普通金属材料Seebeck系数的数量级。这种富Mg薄膜的功率因子,受Seebeck系数和电阻率制约。