目的使用磁控濺射設(shè)備進行共沉積,制備不同元素組成的TaWTiVCr高熵合金薄膜,并對薄膜力學(xué)性能進行表征,為該體系高熵合金最佳元素組成的篩選提供依據(jù)。方法在共沉積中,通過對TaW和TiVCr兩組中間合金靶的沉積電流進行調(diào)整,實現(xiàn)薄膜元素組成的調(diào)整。使用X射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）、能量色散X射線光譜儀（EDX）和原子力顯微鏡（AFM）,研究了不同元素組成下薄膜的表面形貌、粗糙度、元素組成及相結(jié)構(gòu)的變化。使用納米壓痕法分析了材料的硬度和模量,通過往復(fù)磨損實驗分析了材料的耐磨性,使用共聚焦顯微鏡（CLSM）計算磨損體積,同時將力學(xué)性能的實驗數(shù)據(jù)以及熱力學(xué)計算的結(jié)果相結(jié)合進行分析。結(jié)果隨Ti、V、Cr含量的增加,薄膜結(jié)晶性能變差,由BCC晶體結(jié)構(gòu)向BCC+非晶態(tài)混合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,表面形貌由褶皺狀形貌轉(zhuǎn)變?yōu)榘伎訝钚蚊?并伴有微小團聚顆粒形成。硬度和模量先升高,隨后下降,其中Ta₂₄W₂₅Ti₁₆V₁₈Cr₁₇薄膜在多種強化機制的作用下,表現(xiàn)出最好的力學(xué)性能,硬度和模量分別達到... 

【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

TaWTiVCr高熵合金薄膜的面掃描元素分布圖

圖2顯示了所有樣品的XRD圖譜。由圖可知，隨Ti、V、Cr的含量增加，高熵合金薄膜結(jié)晶性能逐漸下降，呈現(xiàn)BCC結(jié)構(gòu)向非晶結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，同時，結(jié)晶峰和非晶峰的峰值位置逐漸向大角度偏移。在Ti、V、Cr的含量較低時，Ta37W36Ti8V11Cr8和Ta30W30Ti12V15Cr13薄膜在38°和71°形成兩個BCC結(jié)構(gòu)的衍射峰；在Ti、V、Cr的含量較高時，涂層在38°～42°之間呈現(xiàn)非晶峰結(jié)構(gòu)，同時在71°位置的(211)衍射峰也隨之消失。Ta37W36Ti8V11Cr8和Ta30W30Ti12V15Cr13薄膜中BCC晶體結(jié)構(gòu)的形成主要由于Ta、W含量占據(jù)絕對優(yōu)勢，可以在涂層沉積過程中形成TaW固溶體，該固溶體在20°～80°范圍內(nèi)，會在38°、56°和71°分別形成(110)、(200)和(211)衍射峰[19-20]。本實驗中的各組合金薄膜受Ti、V、Cr金屬元素的影響，56°位置的衍射峰異常微弱，且?guī)缀醪豢梢姡?1°位置的衍射峰強度較38°更弱，該組別涂層中其余金屬元素的含量較低。推測可能為，分散的輕質(zhì)金屬元素對TaW固溶體晶向的形成存在一定的取向作用，使之更傾向于形成(110)晶相的BCC結(jié)構(gòu)。

隨著原子尺寸差δ的增大，合金產(chǎn)生了更大的晶格畸變效應(yīng)，一定程度上加劇了薄膜的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致了團聚顆粒的產(chǎn)生，故在薄膜Ta37W36Ti8V11Cr8至Ta19W19Ti19V22Cr22中，薄膜表面的團聚顆粒逐漸增多，形貌也發(fā)生相應(yīng)的變化，由褶皺狀形貌向凹坑轉(zhuǎn)變。另一方面，較高的ΔHmix使合金傾向于形成金屬間化合物，推測金屬間化合物的形成導(dǎo)致了表面團聚顆粒的形成。在薄膜Ta15W15Ti22V24Cr25和Ta10W10Ti24V26Cr29中，受濺射電流升高的影響，薄膜表面的峰谷結(jié)構(gòu)有效地吸收了晶格畸變效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，故涂層表面顆粒消失，但仍然保留了凹坑形貌。2.4 力學(xué)性能


本文編號：2965769