文摘

Zr-Cu无定形的影片是由射频(RF)磁控溅射在玻璃衬底使用两种元素复合目标:铜芯片Zr板块和Zr芯片铜板块。很容易精确控制化学成分气急败坏的电影通过选择芯片金属和芯片的数量。可以准确地估计这部电影作品通过气急败坏的面积和铜、锆的沉积速率。XRD分析每个as-sputtered电影显示扩大模式。Zr-rich组成电影,然而,透露一个小峰的衍射角 ,Cu-rich表示 。TEM和电子衍射分析前还显示主要的锆环模式和它的条纹。Zr-rich组成薄膜与铜含量%或更少的34显示良好的耐腐蚀盐雾试验。另一方面,Cu-rich版本与74年%铜或更多在耐蚀性很差。这是因为Zr反动地被动,引起自发性硬无电抗表面膜的形成,抑制进一步比铜的腐蚀。

1。介绍

溅射过程有助于形成amorphous-structured电影被广泛用作高性能材料,如氧化物和金属薄膜在工业领域(1- - - - - -3]。特征的电影强烈依赖于其成分和结构控制溅射条件和目标材料的成分(4- - - - - -6]。特别是,Zr-Cu合金是众所周知的金属玻璃材料(7,8),有一个明显的玻璃液体转变温度(Tg),高强度和韧性。大部分金属玻璃(BMG)显示了一个高耐腐蚀由于晶界的缺失9]。因此,金属玻璃膜是一种很有前途的候选人为合适的表面处理提高抵抗力差的耐蚀性光金属,如铝、钛、镁合金(10- - - - - -12]。在这项研究中,射频磁控溅射过程应用于形成Zr-Cu非晶薄膜的各种成分,因为它的优点低温沉积,沉积的高可控性13,14]。气急败坏的说电影的作文估计通过沉积速率和气急败坏的区域中的每个金属复合目标。电影的结构分析了XRD、退火和结晶行为是评估通过XRD和TEM观察。Zr-Cu薄膜的耐蚀性也在传统的盐雾试验研究。

2。实验

Zr-Cu二进制电影被13.56 MHz射频(RF)沉积planer-magnetron溅射。Zr和铜芯片的彻底由目标和盘子被用于这项研究。例如,复合目标有四块磁盘上、锆铜芯片板如图1。电影是沉积在玻璃基板放置在水冷溅射室转移到衬底架 爸爸的压力。高纯度(99.999%)使用氩气作为溅射气体在十1.33 Pa。气急败坏的说电影的化学成分控制通过改变芯片的数量。在电影开始前沉积,presputtering是由放置目标和衬底之间的shutter-plate去除表面污染层的目标。溅射功率、溅射气压被固定在150瓦,1.33 Pa,分别。电影的厚度约为1μm×900秒溅射。退火条件是723 K 900秒的基于“增大化现实”技术的气氛。与K - x射线衍射(XRD)分析 和透射电子显微镜(TEM)测量进行了在每个溅射薄膜退火结晶行为进行调查。盐雾试验(SST)据日本工业标准(JIS) Z 2731 (15)进行了96小时来评估耐腐蚀。


图1
照片在这项研究中使用的元素组合目标(Zr磁盘上铜芯片板)。

3所示。结果与讨论

Zr-Cu非晶薄膜的各种成分是通过改变沉积锆或铜芯片的数量在另一个金属板。图2(一个)显示XRD气急败坏的电影模式,和铜含量为每一个定量测量了电子探针显微分析(电子探针)。基本上,每个显示了无定形结构扩大模式的意义,也就是说,Zr-Cu二进制气急败坏的电影是完全非晶态铜广泛的作品。在铜含量与34 %或更少,然而,这样的Zr-rich电影表明小高峰 ,对应于一个结晶锆如下提到的。Cu-rich电影与84年%铜或更清楚地揭示一个衍射峰 。退火后的每部电影在723 K 900秒Ag)气体氛围,如图2(b), x射线衍射模式在Zr或铜丰富作文电影揭示非常水晶Zr和铜峰 和 ,分别。Zr峰值强度逐渐增加而增加Zr的电影内容。图3(一个)显示TEM观察as-sputtered Zr-Cu电影与34 %铜及其电子衍射模式。它主要由一个非晶结构。然而,一些斑点表明晶体锆、电子衍射中发现模式。它对应于一个小Zr峰值 在图2(a),如图3(b), Zr-Cu溅射薄膜与34 %铜退火在Ar 723 K气体由细Zr水晶谷物与20 ~ 40 nm。因此,两种小高峰 和 在图的as-sputtered电影2(一)对应于晶体的成核站点Zr和铜、分别。他们是完全由高温退火结晶。

(一)
(一)
(b)
(b)
图2
x射线衍射模式Zn-Cu二进制气急败坏的电影与各种铜内容;(一)as-sputtered电影和(b)在723 K退火后900秒在氩气气氛。
(一)
(一)
(b)
(b)
图3
(一)TEM观察as-sputtered Zr-Cu电影与34 %铜、和(b)在723 K在氩气气氛中退火。

Zr-Cu电影作品进行的评估每个芯片的数量变化,并通过电子探针测量相比。在这项研究中,它应该是没有效应之间的联系Zr和铜原子在每个在溅射沉积速率采用元素复合Zr-Cu目标。即Zr-Cu电影的构成是由沉积速率和气急败坏的地区使用单一金属目标。电子探针结果表明铜成分的比例每个气急败坏的电影是在芯片在使用的数量成正比的Zr和铜芯片。即可以通过选择切屑控制溅射薄膜组成及其数量的碎片。关于电影的估计成分通过沉积速率,例如,铜膜的内容( )所表达的只是气急败坏的面积和沉积速率见(1) 在哪里 沉积速率和吗年代是气急败坏的区域。

当考虑到溅射薄膜的密度是常数,得到以下方程 在哪里t;膜厚度(μ米),米;原子质量,y;单位面积上的物质的量(摩尔)。

在(2),y每个金属对应于每个沉积速率的价值( ),估计通过测量膜厚度(t使用每个金属目标)。在这个实验中, 摩尔和 摩尔时获得的铜薄膜的厚度、锆是0.8335μm和2.1767μm,分别。然后,每个沉积速率的定量( )是5.081。此外,通过使用这个 值,计算铜薄膜的内容由以下(3):

图4表明铜成分比例之间的关系通过电子探针和铜气急败坏的面积比(β)。当使用由锆的复合目标芯片和铜盘、电子探针测量与计算值相对应 。


图4
铜成分的比例关系气急败坏的电影和铜元素复合目标的气急败坏的面积比。

以前的研究报告称 3.9 ~ 4.0时用氩离子溅射离子能量100 ~ 300 eV的反映。因此,电影作品的估计(3)是明显的准确。另一方面,对于目标组成的铜芯片和锆板、测量铜含量小于计算值 。这是因为铜强度逐渐降低( )增加溅射时间如图5。收到基铜芯片表面的棕色变成深棕色在2.4 kiloseconds卸货后。然而,铜强度显示稳定常数的值( 在铜盘上使用Zr芯片。电子探针在深棕色铜芯片样品表明,锆微粒起源于目标板覆盖芯片表面,并导致减少铜溅射沉积速率。


图5
铜强度变化的光谱衍射Cu-Zr气急败坏的电影在溅射放电时间当使用铜芯片Zr型板、锆芯片铜复合目标板。

图6显示了as-sputtered电影的盐雾测试结果与各种铜在石英玻璃板块内容。铜含量的标本在%或少34表示良好的耐蚀性即使不断喷洒了96小时。传统的316不锈钢,它是一个标准的耐腐蚀材料,也丝毫没有损伤后96小时SST在相同条件下。56在%的铜含量、气急败坏的电影揭示了局部受损区域周围的玻璃板。这意味着腐蚀是由于穷人电影和玻璃板之间的结合。Zr-rich电影在723 K与结晶Zr山峰退火后也没有腐蚀损害海温为96小时。在考虑Zr的标准电极电位(−1.539 V)和铜(+ 0.337 V)、电压(1.876 V)是有效的加速结晶膜的电化学腐蚀。然而,正如上面提到的,这部电影没有腐蚀损坏。众所周知,Zr容易形成消极的电影在氧化气氛下加热16]。在对海温结晶Zr-rich薄膜退火后,钝化由于锆氧化物引起的控制腐蚀现象。另一方面,气急败坏的说电影的铜含量的增加,铜钝化差不是有效阻碍腐蚀损害海温如图6。


图6
盐雾试验的结果as-sputtered Zr-Cu二进制电影在不同喷涂的电影。

4所示。结论

溅射薄膜成分的准确评估是由计算溅射沉积速率和每个金属的气急败坏的区域中使用的综合目标。对于铜芯片锆板目标,测量铜电影内容小于计算值,因为铜沉积速率的减少由于锆微粒覆盖铜芯片表面。所有as-sputtered电影在XRD分析显示扩大模式。在723 K退火后,Zr-rich组成电影表示结晶Zr的小高峰 。Zr-rich电影与34 %或铜或少、有良好的耐蚀性海温和退火的包括锆晶体还显示钝化的优良性能,因为结晶锆。