利用射頻磁控濺鍍法共鍍AlxCrNbTaTiZr高熵合金氮化物薄膜及其性質探討

Hard Nitride Films of AlxCrNbTaTiZr Alloy Prepared by RF Dual Magnetron Sputtering Techniques

林彥宏(Yen-Hung Lin)

指導教授 ： 林樹均

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2007年)

摘要

本實驗以真空電弧鎔鍊法製備CrNbTaTiZr等莫耳五元高熵合金靶材，另加純鋁靶共鍍。利用射頻磁控反應鍍製(AlXCrNbTaTiZr)N高熵合金氮化物硬質薄膜，並與TiN和TiAlN硬質薄膜作比較。結果顯示在基板溫度在室溫，未施加基板偏壓下高熵合金薄膜在未通入氮氣時呈現非晶質結構；通入氮氣比例為10 % 開始出現FCC結構之氮化物繞射峰。薄膜硬度則在15 % 的氮氣比例時具有最大值26 GPa。
鋁靶濺鍍功率由25W提升至200W，薄膜中鋁含量可由原本的3.4%上升至19.5%；若以化學式(AlXCrNbTaTiZr)N表示，X可由原本的0.37提升至 3.36。
在基板偏壓的影響方面，薄膜硬度由未施加偏壓的31GPa提升至施加偏壓後的38 GPa，且薄膜表面隨著偏壓的增加而愈趨平坦。施加基板偏壓造成高殘留應力，並且薄膜以(111)方向為主的繞射峰轉變為以(200)方向為主。薄膜成份中Al的含量也會因為再濺射而降低。
綜合比較(AlXCrNbTaTiZr)N，發現薄膜中的鋁含量提升時的確可以提升薄膜的熱穩定性，使薄膜的抗氧化溫度提升。
與商用的TiN和TiAlN薄膜系統作比較，結果薄膜硬度比前兩者高了許多，而薄膜抗高溫氧化能力則是介於兩者之間。整體而言，高熵合金(AlXCrNbTaTiZr)N系統於硬質薄膜的應用上極具潛力。

關鍵字

薄膜 ； 濺鍍 ； 奈米壓印 ； 硬模

並列摘要

無資料

並列關鍵字

Thin film ； sputtering ； nano-indentation ； hard coating

參考文獻

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