磁控溅射FeCrCoNiMn高熵合金薄膜及其耐腐蚀性能研究

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高熵合金作为有前景的新型合金,近年来受到越来越多的关注,有关高熵合金块体的性能研究比较多,同时它的优异性能为高熵合金作为涂层或薄膜材料奠定了基础,但有关高熵合金薄膜的制备和性能研究却不多,因此本文选择Fe Cr Co Ni Mn高熵合金为靶材,用射频磁控溅射的方法制备高熵合金薄膜,研究它的制备工艺及其腐蚀性能。本文采用射频磁控溅射方法在304不锈钢基底和硅Si(100)基底上沉积制备了Fe Cr Co Ni Mn高熵合金薄膜,首先使用EPMA和EDS分别表征了靶材和薄膜的化学成分,得出靶材和高熵合金薄膜的成分里Fe、Cr、Co、Ni、Mn这五种元素都是近等摩尔比的。接着研究不同的制备工艺参数对薄膜结构﹑厚度﹑表面形貌的影响规律,并分析形成这些规律的可能性原因。通过XRD和SEM分析表明:在一定的溅射功率内,随着溅射功率的增大,薄膜的结构变化不明显,都为非晶结构,薄膜的厚度增加,薄膜的表面变得粗糙,致密性降低,但当溅射功率增加到一定值时,由于功率过大产生的反溅射现象使薄膜的厚度反而减小,薄膜的结构为晶体结构,且薄膜颗粒越来越大,变得粗糙。随着溅射衬底温度的升高,薄膜的厚度增加,薄膜的颗粒越来越大,柱状组织越来越明显,在低的衬底温度下薄膜更致密。随着溅射时间的延长,薄膜的厚度增加,由于较小功率下溅射出的粒子能量小,没有足够的能量进行迁移和扩散,在短的溅射时间内,使后面被溅射出来的粒子覆盖到原来还没有来的及进行扩散和迁移的粒子上,薄膜变得越来越致密。对在功率为120 w、溅射时间为2小时,在不同的温度下制备的Fe Cr Co Ni Mn高熵合金薄膜分别在1 mol/L H2SO4溶液﹑1 mol/L Na OH溶液﹑3.5%Na Cl溶液中做动电位极化曲线,研究不同温度下制备的薄膜的耐腐蚀性能。研究表明高熵合金薄膜在1 mol/L H2SO4溶液中的耐腐蚀性明显优于304不锈钢,衬底温度越低,薄膜的耐腐蚀性能越好,腐蚀类型为均匀腐蚀。在1 mol/L Na OH溶液中,也是Fe Cr Co Ni Mn高熵合金薄膜的耐腐蚀性优于304不锈钢,不同基底温度沉积的一系列薄膜在1 mol/L Na OH溶液中的耐腐蚀性相差不大,薄膜腐蚀类型为均匀腐蚀。在3.5%Na Cl溶液中,衬底温度为100℃时沉积的Fe Cr Co Ni Mn高熵合金薄膜的耐点蚀性能最好,腐蚀类型为点状腐蚀。对做完极化测试的薄膜做SEM和EDS,腐蚀后的形貌和不同区域的不同元素的成分含量都验证了薄膜的耐腐蚀性能规律。
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