论文部分内容阅读
AlMgB14复合材料是一种集众多优点于一身的超硬材料,它具有高硬度、低密度、低摩擦系数等优点,这些优异的性能使得该材料可以作为切割刀具或微型器件的保护涂层,具有广泛的应用价值和前景。本文采用三靶磁控溅射技术在单晶硅和软金属铝上制备出Al-Mg-B薄膜,深入研究了沉积气压、基片负偏压及硼靶功率对薄膜性能的影响。采用电子探针显微分析(EPMA)、3D表面轮廓仪、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、纳米压痕、划痕试验等分析手段对薄膜的化学组分、厚度、表面形貌、结构及力学性能进行测试表征。主要研究内容及结果如下：(1)采用磁控溅射方法在不同的沉积气压下制备A1-Mg-B薄膜。经研究发现,所有制备出的薄膜均为稳定的非晶态结构,并且随着沉积气压从0.3Pa增大到1.5Pa,薄膜的化学组成基本没有受到影响,但发现薄膜的表面粗糙度逐渐降低,平均粗糙度和均方根粗糙度最低分别达到2.55nm和5.05nm。当沉积气压为0.5Pa时,薄膜的沉积速率和B12二十面体结构的含量也达到了最大,并且非晶Al-Mg-B薄膜的硬度和杨氏模量分别达到了35GPa和322GPa。(2)对基片施加0～200V的不同负偏压,研究其对Al-Mg-B薄膜的影响。所有样品的表面均平整光滑,适当的施加负偏压有助于表面的平整化,但过高的负偏压会使表面的粗糙度升高,平均粗糙度和均方根粗糙度最低分别降到0.11nm和0.18nm,经过表征发现薄膜中含有B12二十面体的结构,但所制备出的薄膜仍为非晶结构。在负偏压为150V时,Al-Mg-B薄膜的硬度和杨氏模量分别达到最大30GPa和289GPa。(3)采用磁控溅射方法在软基底A1上沉积出A1-Mg-B薄膜,通过XRD图谱发现所有的样品均为稳定的非晶结构。并且随硼靶溅射功率的增大,表面粗糙度减小,薄膜的沉积速率增大,硬度和杨氏模量增大。当B含量最高达到95.4at.%时,表面的平均粗糙度和均方根粗糙度最低分别达到1.27nm和3.05nm,硬度和杨氏模量分别达到22.7GPa和276GPa。此外,Al-Mg-B薄膜与Al基底具有很好的结合强度,为其在软金属Al上的应用奠定了一定的基础。