AlCrCuxSiTi及AlCrCuxSiTiZr (x=0,0.2)高熵合金濺鍍薄膜之研究

Study on Films of AlCrCuxSiTi and AlCrCuxSiTiZr (x=0,0.2) High-Entropy Alloy Films by Reactive DC Sputtering

薛懷德

指導教授 ： 葉均蔚

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2010年)

摘要

本實驗設計成本較低的高熵合金靶材AlCrSiTi、AlCrCu0.2SiTi、AlCrSiTiZr、AlCrCu0.2SiTiZr，以直流反應磁控濺鍍法在FTO、6061、 低碳鋼及黃銅基板上鍍製合金及氮化物薄膜，探討不同氮流率及基板偏壓對薄膜結構及硬度、楊氏係數、電阻率、抗菌能力及抗蝕能力的影響，以找尋兼具多功能商用鍍膜的最佳條件。
結果發現合金膜及含N至30at%的氮化膜皆呈非晶結構，含更高量N的氮化膜呈NaCl FCC 的柱狀晶結構，但晶粒不大於5 nm。非晶結構下，硬度、楊氏係數及電阻率隨N含量增加而增加，結晶氮化膜的硬度則與非晶相近或較高些，主要因為晶粒太小，晶界滑移造成inverse Hall-Petch軟化效應，無法有效呈現高硬度。電阻率則因結晶化而明顯上升。含Zr的非晶薄膜由於Zr與N的強鍵結使低氮流率即擁有較高的N含量，因此在同樣氮流率下含Zr比不含Zr的非晶薄膜硬度明顯較高。含Cu與否對結構、N含量及硬度影響較小，但含銅略降低電阻率。對基板施加偏壓可促進緻密度及鍵結強度，對硬度及楊氏係數有明顯增進，對電阻率也有降低效果。
大部分的鍍膜耐蝕性皆優於原基材。偏壓對大部分的除6061鋁基板外，低碳鋼及黃銅基板鍍鋁中間層可大幅增進膜的鍵結及在0.5M H2SO4及3.5wt%NaCl水溶液中的耐蝕性，在0.5M H2SO4中耐蝕性隨N含量增加先降低而後增加，在3.5wt%NaCl中則先增加再降低。鍍膜都能明顯促進耐蝕性，而使不同基材優於304不鏽鋼。在抗金黃色葡萄球菌及大腸桿菌能力方面，含銅合金膜抑菌值可達4以上，氮含量較高時抑菌能力較差，但仍是很好的抗菌材料。
綜合實驗結果，成本低的AlCrCu0.2SiTi及AlCrCu0.2SiTiZr靶材，在5%氮流率及-100 V偏壓下鍍製的非晶鍍膜，確實兼具硬度、耐蝕、防EMI、抗菌等綜合功能，可供商業應用。

關鍵字

高熵合金 ； 腐蝕 ； 電化學 ； 抗菌

參考文獻

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