Al-Cu-Fe薄膜的组织调控及其性能研究

【摘要】Al-Cu-Fe薄膜具有很多优异的性能，如低的电和热传导性能、高的硬度、低的摩擦性能和良好的抗氧化性能，同时Al-Cu-Fe原料易于获得且价格便宜而引起很多研究者的兴趣。目前对于Al-Cu-Fe薄膜的组织结构及其性能有较多的研究，但对于Al-Cu-Fe薄膜的生长机理还不是很完善。外加磁场制备Al-Cu-Fe薄膜并对其组织进行调控还鲜少有人进行研究。本文以Si<111>作为基底，采用外加磁场磁控溅射的方法对Al-Cu-Fe的成分、组织结构及性能进行调控。通过对外加磁场的强度，溅射功率和溅射时间进行控制来制备Al-Cu-Fe薄膜，探讨外加磁场下薄膜的生长机理。并通过后续的退火处理对Al-Cu-Fe薄膜的相转变进行调控。研究不同退火温度和时间对薄膜的组织转变的影响。采用X射线衍射(XRD)，扫描电镜(SEM)，能谱仪(EDAX)，原子力显微镜(AFM)，划痕仪等仪器对薄膜的组织结构及力学性能进行测试分析。主要结论如下：在外加磁场磁控溅射制备Al-Cu-Fe薄膜的过程中，可以得出以下结论：(1)在外加磁场条件下，溅射粒子受到磁场力的作用，薄膜中的Al、Cu、Fe元素含量变化明显。在磁感应强度由0T增加到0.4T的过程中，薄膜中Al的含量由60.38%降至0.4T时的54.34%，Cu的含量由29.01%增加到32.57%，Fe的含量由10.61%增加至13.09%；(2)不同磁场强度下，由于室温下薄膜的扩散不明显，薄膜的组织结构变化不是很明显，主要是Al4Cu9和Al2Cu相；(3)外加磁场下制备的薄膜，致密性提高，薄膜的沉积速率增大,随着磁场强度的增加，Al-Cu-Fe薄膜颗粒细化，由24.6nm减小到22.2nm。表面粗糙度增加，Al-Cu-Fe薄膜与基底间的结合力增大，摩擦系数降低。(4)在外加磁场下制备的Al-Cu-Fe薄膜，溅射时间不断延长，薄膜平均颗粒尺寸先增大后减小，Al-Cu-Fe薄膜的粗糙度不断增大；溅射功率不断增加时，薄膜的平均颗粒尺寸减小，粗糙度变化不是很明显，略有减小。(5)600℃下退火4h后，薄膜的成分主要为β-AlCu(Fe)相和ω-Al7Cu2Fe相，在800℃开始有I-QC相形成，随着温度的升高β-AlCu(Fe)相含量减少，ω-Al7Cu2Fe相的含量增加；(6)Al-Cu-Fe薄膜与基底间的结合力，随着温度的升高而减小，由退火前的9.5N降低到2.58N。未加磁场下制备的薄膜的结合力随退火温度的升高，先增大后减小。(7)外加磁场为0.3T下制备的薄膜，经600℃退火4h后，薄膜与基体的附着力7N，摩擦系数为0.025。该工艺下得到的薄膜的综合性能较好。
【作者】毛秀娟；
【导师】周细应；
【作者基本信息】上海工程技术大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】外加磁场；磁控溅射；Al-Cu-Fe薄膜；组织调控；退火；

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