TaWTiVCr高熵合金薄膜的制备及微观结构、力学性能研究

发布时间：2021-01-09 02:13

　　目的使用磁控溅射设备进行共沉积,制备不同元素组成的TaWTiVCr高熵合金薄膜,并对薄膜力学性能进行表征,为该体系高熵合金最佳元素组成的筛选提供依据。方法在共沉积中,通过对TaW和TiVCr两组中间合金靶的沉积电流进行调整,实现薄膜元素组成的调整。使用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDX）和原子力显微镜（AFM）,研究了不同元素组成下薄膜的表面形貌、粗糙度、元素组成及相结构的变化。使用纳米压痕法分析了材料的硬度和模量,通过往复磨损实验分析了材料的耐磨性,使用共聚焦显微镜（CLSM）计算磨损体积,同时将力学性能的实验数据以及热力学计算的结果相结合进行分析。结果随Ti、V、Cr含量的增加,薄膜结晶性能变差,由BCC晶体结构向BCC+非晶态混合结构转变,表面形貌由褶皱状形貌转变为凹坑状形貌,并伴有微小团聚颗粒形成。硬度和模量先升高,随后下降,其中Ta₂₄W₂₅Ti₁₆V₁₈Cr₁₇薄膜在多种强化机制的作用下,表现出最好的力学性能,硬度和模量分别达到... 

【文章来源】：表面技术. 2020,49(06)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

TaWTiVCr高熵合金薄膜的面扫描元素分布图

图2显示了所有样品的XRD图谱。由图可知，随Ti、V、Cr的含量增加，高熵合金薄膜结晶性能逐渐下降，呈现BCC结构向非晶结构的转变，同时，结晶峰和非晶峰的峰值位置逐渐向大角度偏移。在Ti、V、Cr的含量较低时，Ta37W36Ti8V11Cr8和Ta30W30Ti12V15Cr13薄膜在38°和71°形成两个BCC结构的衍射峰；在Ti、V、Cr的含量较高时，涂层在38°～42°之间呈现非晶峰结构，同时在71°位置的(211)衍射峰也随之消失。Ta37W36Ti8V11Cr8和Ta30W30Ti12V15Cr13薄膜中BCC晶体结构的形成主要由于Ta、W含量占据绝对优势，可以在涂层沉积过程中形成TaW固溶体，该固溶体在20°～80°范围内，会在38°、56°和71°分别形成(110)、(200)和(211)衍射峰[19-20]。本实验中的各组合金薄膜受Ti、V、Cr金属元素的影响，56°位置的衍射峰异常微弱，且几乎不可见，71°位置的衍射峰强度较38°更弱，该组别涂层中其余金属元素的含量较低。推测可能为，分散的轻质金属元素对TaW固溶体晶向的形成存在一定的取向作用，使之更倾向于形成(110)晶相的BCC结构。

随着原子尺寸差δ的增大，合金产生了更大的晶格畸变效应，一定程度上加剧了薄膜的内应力，导致了团聚颗粒的产生，故在薄膜Ta37W36Ti8V11Cr8至Ta19W19Ti19V22Cr22中，薄膜表面的团聚颗粒逐渐增多，形貌也发生相应的变化，由褶皱状形貌向凹坑转变。另一方面，较高的ΔHmix使合金倾向于形成金属间化合物，推测金属间化合物的形成导致了表面团聚颗粒的形成。在薄膜Ta15W15Ti22V24Cr25和Ta10W10Ti24V26Cr29中，受溅射电流升高的影响，薄膜表面的峰谷结构有效地吸收了晶格畸变效应产生的内应力，故涂层表面颗粒消失，但仍然保留了凹坑形貌。2.4 力学性能


本文编号：2965769