磁控溅射法制备高熵合金薄膜及组织与性能

发布时间：2017-05-04 15:14

  本文关键词：磁控溅射法制备高熵合金薄膜及组织与性能，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高熵合金是以五种及以上金属、非金属元素按照等摩尔或者接近等摩尔比,制备的一种新型多主元、高混合熵合金。高混合熵的存在,使高熵合金具有简单的晶体结构、优良的力学性能、较高的稳定性以及良好的耐腐蚀性能,被视为未来最有发展潜力的新型结构材料之一。良好的力学以及耐腐蚀性能,为高熵合金薄膜的制备与研究提供了锲入点。因此本文采用磁控溅射技术,成功制备出Fe Al Co Cu Cr Mn以及Fe Al Co Cu Ni V高熵合金薄膜。通过XRD、FESEM、极化曲线、纳米压痕等分析方法,对高熵合金薄膜的组织结构和性能进行了研究,探究溅射时间和溅射功率对高熵合金薄膜的组织结构与性能的影响,并得到如下研究结果:(1)Fe Al Co Cu Cr Mn高熵合金薄膜:随着溅射时间和溅射功率的增加,合金薄膜由非晶结构向单一FCC固溶体结构发生转变。溅射时间的增加能促进非晶结构向晶体结构的转变,最终形成平整、致密的合金薄膜;溅射功率的增加促进晶粒尺寸从几十纳米生长到200nm左右。合金薄膜厚度随两变量的增加呈线性增加,在150W-60min时达到最大值2.694μm。(2)Fe Al Co Cu Cr Mn高熵合金薄膜性能:纳米压痕实验结果表明,合金薄膜的硬度和杨氏模量随溅射时间和溅射功率的增加而增加,在150W-60min时分别达到最大值19.6225 GPa、227.2682 GPa,高熵合金薄膜在力学性能上要优于一些传统合金薄膜。由于组织的均匀无偏析,以及细晶效应,Fe Al Co Cu Cr Mn高熵合金薄膜在3.5%Na Cl、5%Na OH、10%H2SO4溶液中的耐腐蚀性能要优于201不锈钢。(3)Fe Al Co Cu Ni V高熵合金薄膜:溅射时间和溅射功率的增高有助于晶体结晶能力增强,最终形成简单的FCC或FCC与BCC固溶体结构。溅射时间的增加使晶粒尺寸变大,薄膜致密度降低;随着溅射功率增加,晶粒尺寸增大,薄膜致密度得到提升。合金薄膜厚度随两变量的增加呈线性增加,在150W-60min时达到最大值2.688μm。(4)Fe Al Co Cu Ni V高熵合金薄膜性能分析:合金薄膜的硬度和杨氏模量随着溅射时间的增大,先增大后减小,在150W-20min时,硬度和杨氏模量分别达到最大值19.73817GPa、189.389 GPa。在3.5%Na Cl、5%Na OH和10%H2SO4腐蚀溶液中,Fe Al Co Cu Ni V高熵合金薄膜的耐腐蚀性能优于201不锈钢。
【关键词】：高熵合金 磁控溅射 薄膜 组织结构 性能
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 高熵合金的定义9-11
• 1.3 高熵合金的特点11-13
• 1.4 高熵合金研究现状13-18
• 1.5 高熵合金及其薄膜的应用前景18-19
• 1.6 磁控溅射技术19-20
• 1.6.1 磁控溅射技术原理19-20
• 1.6.2 磁控溅射技术的特点20
• 1.7 本文研究内容20-23
• 第2章 实验方法23-29
• 2.1 引言23-24
• 2.2 合金元素的选择24
• 2.3 高熵合金铸锭的制备24-25
• 2.4 高熵合金靶材的制备25-26
• 2.5 高熵合金薄膜的制备26-27
• 2.6 高熵合金薄膜的组织与性能测试27-29
• 第3章 FeAlCoCuCrMn高熵合金薄膜组织与性能29-43
• 3.1 引言29-30
• 3.2 高熵合金靶材的晶体结构30-31
• 3.3 溅射时间对高熵合金薄膜组织与性能的影响31-36
• 3.3.1 薄膜的晶体结构31-32
• 3.3.2 薄膜的形貌32-34
• 3.3.3 薄膜的力学性能34
• 3.3.4 薄膜的耐腐蚀性能34-36
• 3.4 溅射功率对高熵合金薄膜组织与性能的影响36-41
• 3.4.1 薄膜的晶体结构36-37
• 3.4.2 薄膜的形貌37-39
• 3.4.3 薄膜的力学性能39
• 3.4.4 薄膜的耐腐蚀性能39-41
• 3.5 小结41-43
• 第4章 FeAlCoCuNiV高熵合金薄膜组织与性能43-57
• 4.1 引言43-44
• 4.2 高熵合金靶材的晶体结构44-45
• 4.3 溅射时间对高熵合金薄膜组织与性能的影响45-50
• 4.3.1 薄膜的晶体结构45-46
• 4.3.2 薄膜的形貌46-48
• 4.3.3 薄膜的力学性能48
• 4.3.4 薄膜的耐腐蚀性能48-50
• 4.4 溅射功率对高熵合金薄膜组织与性能的影响50-54
• 4.4.1 薄膜的晶体结构50-51
• 4.4.2 薄膜的形貌51-52
• 4.4.3 薄膜的力学性能52-53
• 4.4.4 薄膜的耐腐蚀性能53-54
• 4.5 小结54-57
• 第5章 结论57-59
• 参考文献59-65
• 攻读硕士期间发表及待发表的论文65-66
• 致谢66

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