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NiCrAlY/MoS2 复合薄膜的成分及结构分析

时间:2021-11-06 20:23:50  来源:  作者:

NiCrAlY/MoS2 复合膜各组成元素含量如表1所示。根据EDS 能谱测试结果,不同靶电流下复合膜中MoS2 原子数分数分别为0%30.5%48.1%69.8%MoS2 含量以Mo 原子和S 原子含量之和计算)

1 NiCrAlY/MoS2 复合薄膜成分

1 是纯NiCrAlY 薄膜和NiCrAlY/MoS2 复合膜的表面形貌。薄膜表面整体呈现出纳米晶粒聚集的岛状结构特征,NiCrAlY 薄膜表面平整均匀且颗粒尺寸较小,薄膜表面无明显的缺陷和孔洞,结构致密(图1a)。相比于NiCrAlY 薄膜,NiCrAlY/MoS2 复合薄膜表面颗粒明显长大,颗粒之间存在明显缝隙,且每个大颗粒又由许多小颗粒构成,呈中心高、四周低特征。随着复合薄膜中MoS2 掺杂量的增加,颗粒尺寸逐渐增大,表面孔隙亦增多。由不同MoS2 含量的NiCrAlY/MoS2 复合薄膜的截面形貌可以看出(如图2),纯NiCrAlY 薄膜呈均匀致密的柱状晶生长,柱状晶尺寸较小,柱状晶之间没有明显的缝隙。NiCrAlY/MoS2 复合薄膜底部的NiCrAlY 过渡层附近,晶体细小结构致密,随着沉积的进行,晶粒逐渐聚集长大形成粗大的柱状晶。随着MoS2 掺杂量的增加,晶粒团簇程度加强,晶粒之间的缝隙也随之增大。当 MoS2 掺杂量达到69.8%时,复合薄膜形成了粗大的团簇结构,薄膜变得疏松多孔。可以看出,随着MoS2 掺杂量的增加,薄膜厚度明显增加,沉积速率提高。NiCrAlY 薄膜沉积时金属原子在较大的范围内具有一定的扩散迁移能力,沉积原子可以通过迁移形成连续致密的薄膜。MoS2 靶溅射出的原子或分子到达基体表面后形成了Mo-S 原子团,Mo-S 原子团再通过聚集形成更大的小岛,这些小岛迁移能力低,在阴影效应作用下,小岛表面生长的凸处接收到更多的原子,凹处接收的原子越来越少,最终形成了疏松结构。

1 不同MoS2 含量的NiCrAlY/MoS2 复合薄膜的表面形貌

2 不同MoS2 含量的NiCrAlY/MoS2 复合膜截面形貌

3 是不同MoS2 含量的NiCrAlY/MoS2 复合薄膜和纯NiCrAlY 薄膜的XRD 图谱。由图3 可知,NiCrAlY 薄膜由Ni3Al Ni-Cr 相组成,衍射曲线上出现Ni3Al 相的(111)、(200)和(220)衍射峰,说明Ni Al 形成Ni3Al 金属间化合物,有研究表明Ni3Al 相的出现与NiAl 的原子比有关;复合薄膜中可以看到明显的Ni-Cr 相衍射峰,主要原因是Cr 在镍中具有较高的固溶度,因而Cr 以固溶体形式存在于镍基体中形成Ni-Cr 相。从NiCrAlY/MoS2 复合薄膜的衍射曲线看,复合薄膜的物相主要为MoS2 Ni3Al 相。掺杂了MoS2 后复合薄膜出现了微弱的MoS2002)衍射峰,且随着掺杂量的增加,MoS2 峰越来越强。随MoS2 掺杂量的增加,Ni3Al 峰强降低,峰位宽化。这表明,随着MoS2 掺杂量的增加,薄膜内形成了非晶或纳米晶结构。

3 NiCrAlY/MoS2 复合薄膜的XRD 谱图


 

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