本科毕业设计0bf-精品文档资料系列.docx

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1、XI,ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY本科毕业设计（论文）题目：磁控溅射制备高燧合金薄膜及其组织性能分析院（系）材料与化工学院专业金属材料工程班级14030102姓名房晓彤学号14030102122导师上官晓峰2018年6月西安工业大学毕业设计（论文）任务书院（系）材料与化工学院专业金属材料班14030102姓名房晓彤学与1403010212321.毕业设计（论文）题目：磁控溅射制备高嫡合金及其组织性能分析2.题目背景和意义：我国不同地区能源需求差异大，储能通过介质或设备把能量存储起来,在需要时间地区再释放出来，能够有效解决区域能源需求差异的现状，推动经济发展，因此需加快储能

2、产业的发展。典型的储能材料，如：钻金属氧化物，高比容量且高比电容，可以用在锂离子电池负极和超级电容器电极。实验通过磁控溅射制备薄膜的技术，将活泼且相对廉价的锲、铁、等金属元素和钻用氧气反应磁控溅射法制备具有储能作用的高部合金薄膜,能够提高材料结构稳定性、导电性，材料倍率性能、循环稳定性等，具有极大的研究意义。3.设计（论文）的主要内容（理工科含技术指标）：（1）通过射频磁控溅射和氧气反应射频磁控溅射的方法获得COCrFeNi高嫡合金薄膜；（2）研究射频磁控溅射和氧气反应射频磁控溅射这两种方法获得CoCrFeNi高燧合金薄膜的组织及性能；（3）探究射频磁控溅射工艺参数（溅射功率、基底温度和溅射时

3、间）对薄膜的微观组织结构、表面形态，致密度及厚度的影响规律。4 .设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：设计地点：西安工业大学材料与化工学院工科3号楼，进度安排：（1）20”年1116周：熟悉课题背景，查阅文献资料，拟定实验方案：（2）2017年17-18周：开展实验研究，撰写开题报告；（3）2018年1-8周：开展实验，撰写中期检查报告；（4）2018年9-14周：数据处理与分析；（5）2018年15-18周：撰写毕业论文，准备毕业答辩。5 .毕业设计（论文）的工作量要求实验（时数）或实习（天数）：150天图纸（幅面和张数）：王其他要求：字符数15000以上指导教师签名：年月日学

4、生签名：年月日系（教研室）主任审批：年月曰磁控溅射制备高牖合金薄膜及其组织性能分析摘要高燧合金是目前有前景的新型合金，同时它的优异性能为高燧合金作为涂层或薄膜材料奠定了基础，但有关高峭合金薄膜的制备和性能研究却不多。在本论文中，选择CoCrFeNi高燧合金为靶材，通过反应射频磁控溅射和射频磁控溅射的方法制备高端合金薄膜，研究它的制备工艺，以及并对其微观组织结构及性能进行分析。制备得到了表面致密、光滑、均匀的COCrFeNi高端合金薄膜,通过XRD、AFM、SEM以及纳米压痕仪等分别检测了硅(Si)基底上沉积制备的CoCrFeNi高燧合金薄膜的结构、表面质量、表面形貌和厚度以及硬度值。通过改变溅

5、射功率、衬底温度和溅射时间等工艺参数，分析镀膜工艺对薄膜表面形貌和厚度的影响规律。关键词：磁控溅射；高燧合金薄膜；表面形貌；厚度MicrostructureandpropertieshighentropyalloythinfilmsweredepositedbymagnetronsputteringAbstracHighentropyalloysasapromisingnewalloy,andthesametime,itsexcellentpropertiesofhighentropyalloyslaidastrongfoundationasacoatingorfilmmaterial,but

6、thedepositionandpropertiesresearchofhighentropyalloysfilmsisfew.Inthisexperiment,CoCrFeNihighentropyalloysischoosenasthetargetmaterial,highentropyalloythinfilmsweredepositedbyRadiofrequencymagnetronsputteringandreactivemagnetronsputteringmethod,thedepositiontechnology,MicrostructurandPropertieswillb

7、estudied.High-entropyCoCrFeNialloythinfilmswerepreparedbymagnetronsputteringtechnique.Thethinfilmsurfacewasverycompate,smoothandhomogeneous.First,AFM,XRD,SEMandnano-indenttionwereusedtocharacterizethestructure,surfacequality,surfaceappearance,thickness,andhardnessnumberofCoCrFeNihighentropyalloyFilm

8、sdepositedonthesilicon(SI)substrate.Thentheparameterofsputteringpower,substratetemperatureandsputteringtimewerechangedtostudytheinfluenceofdifferentcoatingteachniqueforthethicknessandsurfaceappearanceofthefilms,andanalysisthepossiblecauseoftheselawswereformedbySEMdetection.Keywords:magnetronsputteri

9、ng;Highentropyalloythinfilms;surfaceappearance;1绪论我国不同地区的能源需求量差异较大，储能通过介质或设备把能量存储起来，在需要时间地区再释放出来，能够有效解决区域能源需求差异的现状，推动经济发展，因此需加快储能产业的发展。典型的储能材料，如：钻金属氧化物，高比容量且高比电容，可以用在锂离子电池负极和超级电容器电极。通过磁控溅射制备薄膜的技术，将活泼的银、铁等金属元素和钻用氧气反应磁控溅射法制备具有储能作用的高端合金薄膜，能够提高材料结构稳定性、导电性以及循环稳定性等，具有极大的研究意义。1.1 高燧合金的研究背景材料的发展情况决定国家工业的发展，

10、而且与人们生活息息相关。材料对人类社会的发展有不可替代的重要作用。青铜器时代之后金属材料便开始出现在了人类的生产生活之中，这一重大改变开启了人类社会物质文明的新纪元。随着社会的快速发展，特别是的科技不断进步，人类逐渐发现纯的金属，其性能往往不足以满足生产的需求。在工业革命之后，特别是近几个世纪以来，为提升人类的生活水平，开发了许多不同的合金体系，材料生产制造技术开始飞速的发展。随着科技的快速发展，人们对材料各类性能的要求愈来愈高。传统的合金的制备技术也显然己经难己满足这些多元化的需求。为提高材料的性能衍生出了其他各种各样的加工成型方法。如快速凝固方法，半固态制造法，等角挤压法，超塑性成型法，机

11、械合金化法等人类在改进合金加工工艺的过程中，也开始摸索一些新型的材料。如：金属基复合材料，金属间化合物以及非晶合金等。新型的加工方法和新型合金工艺在一定程度上能够改善这些合金材料的物理、力学性能。但是随着社会的进步，人类需求的不断提高，这些新型合金不断面临新的挑战。迄今为之，合金的设计思想体系大都为：用一种或两种元素作为主要元素，使其作为基本组元，在此基础上增加少许其它的不同元素用以改善材料的性能，以获得具有某些特定性能。常见的像铁、铝、镁、钛等合金，已经被人类广泛应用的。但是单一的元素为主会导致晶体的结构、物理和力学性能的优劣全都由于主元素而受到各种的限制，对合金的综合性能反而产生诸多不好的

12、影响。多组元合金正是基于这种思考发展起，它采用多种主要元素为基本组元。这种设计模式一经提出，便受到了学术界广泛的关注与讨论。在2004年的时候，叶均蔚学者等一行人提出了一项全新的合金设计模式，开启了一个全新的金属材料研究方向的探索，即多组元高端合金领域。这一全新的设计方式突破了原本较传统的一种或两种元素含量超过合金的50%模式,高端合金是通过添加不同的添加量各组份、制主金属或非金属元素，来获得符合结构与性能要求的金属材料合金。或者通过添加其他各种元素来改善原材料的性能，从而满足所需的工作条件的设计思想方法，这一合金体系被称为高端合金(HEA)O高端合金是指将513占总体的5%35%的金属或非金

13、属元素等摩尔进行配比，经熔炼，热处理，切割等加工制成的新型金属材料，像是工业方面常用的铁基材料的碳钢及铸铁。由于在材料科学和冶金工程领域具有独特的合金设计理念，高端合金(HEAs)引发了广泛的研究热潮。它含有至少五个原子比相等的或相近的金属元素，通常情况下有利于形成面心立方、体心立方、密排六方结构。传统的添加合金元素的合金设计理论，易形成金属间化合物，使合金的脆性上升，极大地影响了合金材料去的加工性能，使合金的实际应用和推广受到限制。但是大量地实验记录表明，高焙合金中不存在复杂的金属间化合物，它是单一的FCC、BCC或两者兼有的结构，这能保证高端合金强度得到提高对塑性几乎不产生影响。多主元高端

14、合金是一种新型的合金体系，发展前景巨大，这都得益于它优异的各项优异，如较高的熔点、硬度，以及耐磨损、耐腐蚀、热稳定性、高温抗氧化等。很多的研究工作表明，高蜡合金的通用性能，如在室温和低温下具有优良的热稳定性，较高的抗拉强度和韧性，优异的耐磨性和抗疲劳性等，使高焙合金成为满足极端应用条件的备选材料，特别是在核电、汽轮机、航空航天工业领域。在过去的十年中，我们致力于提高铸态下块状高端合金的微观组织结构和块体性能。高峭合金领域是当今最有发展前景的一种新型的合金，但是在进行合金成分设计时，必然会涉及合金组分、工艺、组织、性能之间的关系。而目前.，高焙合金涂层的成分设计大多是与高燧合金类似的“鸡尾酒”式

15、的调配方法，元素的组成和合金性能的之间的关系不确定，内在关系较为复杂、组元较多、人为处理规律不明显、组元变量较多的问题，使得从不同的元素组合中筛出最合适的一组成分十分困难。高嫡效应原理比较复杂，并不是各类种元素成分简单叠加起来就能够有效的提高性能，而目前对于合金性能的影响探究大多受制于某一种特定元素的量，成分设计缺少科学合理的理论指导。高峭合金有独特的优越性，是其作为涂层成分设计的可行性的依据。如：(1)高强度，高硬度及高塑性。高端合金是由多种主元素以等摩尔的比例混合而成的，每种元素作用不同是一种“超级固溶体合金中各种不同的原子其半径存在差异，这会引起的合金内晶格发生畸变，从而阻扰了晶体中位错

16、的运动，使其变得困难。高燧合金中常出现的纳米析出相和有序相极大阻碍晶体内位错的滑移，导致合金基体中出现位错的塞积和缠结等现象，这一现象使得位错运动十分困难，这将极大地增加高端合金强度。HEA中容易出现各种强化效应，硬度强度等性能能够显著提升，这使得高端合金具有相当好的力学性能。从总体上看高峭合金的各项力学性能都非常优异；(2)耐磨性、耐高温及耐腐蚀。材料的耐磨性能与硬度有着非常紧密的联系，由于高端合金的硬度非常高，使得高嫡合金同时也具有很高的耐磨性能。高嫡合金的熔点在大部分情况下都比它本身组成成分中的元素熔点高。由于高燧效应多种组分，混乱度很大，温度升高燧值还会有所提升，使得高端合金更稳定，高温下也具有优异的力学性能。高嫡合金的部分元素比较容易形成氧化膜，且膜层较致密，组成中包含Co,Cr,Al,Ni,Ti等元素的高焙合金，因而高端合金耐腐蚀性能优异；(