FeCrVTa0.4W0.4高熵合金氮化物薄膜的微觀結(jié)構(gòu)與性能

王子鑫，張 勇

1) 青海大學(xué)青海省新型輕合金重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810016 2) 北京科技大學(xué)新金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083 3) 北京科技大學(xué)順德研究生院，佛山 528399

自21世紀(jì)以來(lái)，高熵合金逐步成為材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，最初，高熵合金被定義為由五種及五種以上的元素構(gòu)成，每種元素原子百分比均在5%到35%之間，通常形成具有體心立方[1](BCC)、面心立方[2?3](FCC)或者是密排六方[4](HCP)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單固溶體. 由于高熵合金具有獨(dú)特的成分和微觀結(jié)構(gòu)，該合金獲得了有別于傳統(tǒng)合金的優(yōu)異性能，如低溫韌性[5?7]、耐熱性[8]、耐磨性[9]、抗氧化[10?12]、軟磁性[13?16]、抗輻照[17?19]、良好耐腐蝕性[20]等. 學(xué)者們?cè)谘芯扛哽睾辖饓K體的同時(shí)，將多元高熵思想應(yīng)用于薄膜材料，開(kāi)發(fā)了一系列高熵合金氮化物薄膜、碳化物薄膜等[21]，其中，高熵合金氮化物薄膜的研究最為廣泛，通過(guò)調(diào)節(jié)合金元素含量、氮?dú)夂?、基底偏壓等參?shù)，研究高熵合金氮化物薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及其性能[22?25]. Chen等[26]利用直流磁控濺射的方法在304不銹鋼和硅片上制備了 Fe?Co?Ni?Cr?Cu?Al?Mn和 Fe?Co?Ni?Cr?Cu?Al0.5兩種氮化物薄膜，隨著氮?dú)夥謮涸黾?，薄膜結(jié)構(gòu)從有序的FCC和FCC+BCC逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷?，高熵合金氮化物薄膜硬度要高于高熵合金薄膜；Huang和Yeh[27]研究了氮?dú)夥謮簩?duì)AlCrNbSiTiV高熵合金氮化物薄膜的影響，合金薄膜為非晶相，當(dāng)通入氮?dú)夂?，該合金氮化物薄膜呈現(xiàn)FCC結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸在 8.7～12.3 nm 之間，在 1273 K 下退火 2 h仍能保持穩(wěn)定的相結(jié)構(gòu)；Briac等[28]利用多靶共濺射的方法制備了TiZrNbHfTa高熵合金氮化物薄膜，該薄膜為FCC結(jié)構(gòu)，相比于二元TiN薄膜，其硬度提高了約10 GPa，且有較好的耐磨性能；目前已有報(bào)道，高熵合金氮化物薄膜作為太陽(yáng)能吸收涂層的主要吸收層，可以提高涂層的光譜吸收率[29].研究表明高熵合金氮化物薄膜具有較高的熱穩(wěn)定性，在硬質(zhì)涂層、太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)化涂層等方面具有廣泛應(yīng)用前景.

之前已有人對(duì)FeCrVTaW體系高熵合金塊體以及薄膜的性能進(jìn)行了研究. Zhang等[30]制備了VCrFeTaxWx低活化高熵合金，VCrFeTa0.4W0.4具有較高的維氏硬度和屈服強(qiáng)度，VCrFeTa0.1W0.1和VCrFeTa0.2W0.2在進(jìn)行室溫壓縮試驗(yàn)時(shí)，該合金沿45°方向斷裂，該合金還展現(xiàn)出了優(yōu)異的抗高溫軟化性；Xing等[31]通過(guò)雙靶共濺射在條狀硅片上制備了(Cr0.33Fe0.33V0.33)x(Ta0.5W0.5)100-x成分梯度薄膜，沿水平方向，薄膜成分呈現(xiàn)梯度變化，當(dāng)33

直流濺射容易引起靶中毒現(xiàn)象，因此選用射頻磁控濺射，單靶可以保證薄膜成分的均勻性，防止鍍膜不均勻而導(dǎo)致的力學(xué)性能較差. 故本文通過(guò)單靶射頻磁控濺射，在Ar/N2氣氛中實(shí)現(xiàn)在單晶硅片上FeCrVTa0.4W0.4高熵合金氮化物薄膜的沉積，研究氮化物薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌特征、氮?dú)鉂舛葘?duì)力學(xué)性能、薄膜電阻等性能的影響，并且研究多層薄膜對(duì)太陽(yáng)光譜選擇性吸收的影響及其表面疏水性.

1 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用射頻磁控濺射法制備FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜及(FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜，采用粉末冶金法制備FeCrVTa0.4W0.4高熵合金靶材（原子比為Fe∶Cr∶V∶Ta∶W=1∶1∶1∶0.4∶0.4，純度為 99.99%，直徑為 76.4 mm，厚度為4 mm），鍍膜基片選用N型單晶硅(100)，厚度為 500±10 μm. 鍍膜系統(tǒng)選用 Discovery 635多靶磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)整Ar/N2氣體流量比例在單晶硅片上實(shí)現(xiàn)高熵合金氮化物薄膜的沉積制備，控制系統(tǒng)使用ProcessPro計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制系統(tǒng).

在鍍膜之前，對(duì)單晶硅基片分別用丙酮和無(wú)水酒精超聲清洗15 min后烘干. 鍍膜時(shí)將基片放于襯底架圓盤(pán)上，在樣品室用Ar等離子體清洗10 min，待樣品室真空度達(dá)到 3.0×10?3Pa后，通過(guò)高熵合金單靶對(duì)基片進(jìn)行射頻磁控濺射，濺射功率保持 400 W 不變，靶基距 15 cm.

本實(shí)驗(yàn)制備了縱向的FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜，將 Ar流量固定為 130 mL·min?1，通過(guò)調(diào)節(jié)N2流量制備單層膜、雙層膜、三層膜和四層膜，由基底向表面N2流量逐漸升高，每層氮化物薄膜的濺射時(shí)間固定為40 min，為了滿(mǎn)足力學(xué)性能測(cè)試厚度要求，將FeCrVTa0.4W0.4高熵合金單層薄膜的濺射時(shí)間設(shè)置為 90 min，研究FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度對(duì)多層薄膜的性能影響，具體參數(shù)如表1.

表1 FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜制備參數(shù)Table 1 Preparation parameters of FeCrVTa0.4W0.4 nitride composition gradient multilayer films

此外，本實(shí)驗(yàn)還制備了(FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜，將 Ar流量固定為 130 mL·min?1，N2流量分別調(diào)節(jié)為 0、15、30和 45 mL·min?1，探究不同氮?dú)饬髁繉?duì)(FeCrVTa0.4W0.4)Nx薄膜性能的影響，具體參數(shù)如表2.

表2 (FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜制備參數(shù)Table 2 Preparation parameters of (FeCrVTa0.4W0.4)Nx single-layer films

本實(shí)驗(yàn)利用X射線(xiàn)衍射儀測(cè)定和分析高熵合金氮化物薄膜試樣的物相及晶體結(jié)構(gòu)，X射線(xiàn)源的波長(zhǎng)為0.15406 nm，功率為 12 kW，工作電壓為50 kV，電流為 100 mA，步長(zhǎng)為 0.02°，入射面與薄膜表面夾角為 1°；采用 ZEISS SUPRA 55場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察高熵合金氮化物薄膜的表面形貌和截面特征；采用日本精工SPA-300HV原子力顯微鏡分析薄膜表面三維原子形貌及粗糙度變化；通過(guò)掃描電子顯微鏡結(jié)合X射線(xiàn)能譜儀，對(duì)薄膜表面與截面微區(qū)成分分析；通過(guò)MTS DCM型納米力學(xué)探針測(cè)定高熵合金氮化物薄膜的楊氏模量與顯微硬度，采用納米壓痕中的連續(xù)剛度法(CSM)測(cè)量薄膜的力學(xué)性能；采用日立公司的U-3900分光光度計(jì)測(cè)試薄膜在可見(jiàn)光波段(300～800 nm)的反射率；通過(guò)JC2000C4接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試氮化物薄膜的潤(rùn)濕角；通過(guò)高橋精機(jī)的四探針測(cè)試臺(tái)測(cè)試高熵合金氮化物薄膜的方塊電阻.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 FeCrVTa0.4W0.4高熵合金氮化物薄膜的微觀結(jié)構(gòu)與形貌

高熵合金氮化物薄膜的表面形貌及截面形貌受氮?dú)饬髁坑绊戄^為明顯，圖1為FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜的表面及截面形貌，未通入氮?dú)鈺r(shí)，薄膜表面十分致密光滑，沒(méi)有明顯的顆粒物，而當(dāng)表層氮?dú)饬髁繛?15 mL·min?1后，薄膜表面出現(xiàn)幾十納米大小的顆粒物，部分顆粒物存在團(tuán)聚現(xiàn)象，當(dāng)表層氮?dú)饬髁窟_(dá)到 30 mL·min?1后，薄膜表面出現(xiàn)三棱錐形狀的顆粒，其尺寸約從幾納米到幾百納米不等，截面呈現(xiàn)出典型的柱狀晶，隨著表層氮?dú)夂坷^續(xù)升高到 45 mL·min?1，截面柱狀晶更加明顯，說(shuō)明隨著氮化物薄膜層數(shù)的增加，F(xiàn)eCrVTa0.4W0.4氮化物薄膜由非晶態(tài)轉(zhuǎn)化為有序的結(jié)晶態(tài).

圖1 FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜的截面及表面顯微照片. （a）N2-0 截面；（b）N2-0表面；（c）N2-1截面；（d）N2-1表面；（e） N2-2截面；（f）N2-2表面；（g）N2-3截面；（h）N2-3表面Fig.1 Cross-sectional and plane-view micrograph of FeCrVTa0.4W0.4 nitride composition gradient multilayer films: cross-section (a) and planeview (b) of N2-0; cross-section (c) and plane-view (d) of N2-1; crosssection (e) and plane-view (f) of N2-2; cross-section (g) and plane-view(h) of N2-3

圖2為(FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜的表面形貌及截面圖，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁颗c多層薄膜最外層氮?dú)饬髁恳恢聲r(shí)，具有相似的形貌及柱狀晶結(jié)構(gòu). 當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁糠謩e為 15、30、45 mL·min?1時(shí)，薄膜厚度差別不大，說(shuō)明薄膜沉積速率較為穩(wěn)定，成膜狀況良好.

圖2 不同氮?dú)饬髁肯?(FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜的截面及表面顯微照片. （a）N2-15截面；（b）N2-15表面；（c）N2-30截面；（d）N2-30 表面；（e）N2-45截面；（f）N2-45表面Fig.2 Cross-sectional and plane-view micrograph of (FeCrVTa0.4W0.4)Nx single-layer films at different N2 flows: cross-section (a) and plane-view(b) of N2-15; cross-section (c) and plane-view (d) of N2-30; cross-section(e) and plane-view (f) of N2-45

圖3為FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜的表面三維形貌圖，掃描面積為 2 μm×2 μm，未通入氮?dú)鈺r(shí)，薄膜的表面粗糙度較小，約為1.22 nm，當(dāng)表層氮?dú)饬髁繛?15 mL·min?1后，由于之前已經(jīng)沉積過(guò)一層FeCrVTa0.4W0.4高熵合金薄膜，沉積表面已經(jīng)有起伏，并且隨著氮化物的沉積，在表面不斷遷移與聚集形成原子團(tuán)簇，導(dǎo)致表面粗糙度進(jìn)一步增加到2.50 nm，隨著繼續(xù)增加氮?dú)饬髁?，以及氮化物層?shù)的增加，各氮化物薄膜層間的相互作用，當(dāng)表層氮?dú)饬髁糠謩e達(dá)到 30和 45 mL·min?1時(shí)，使得表面粗糙度迅速增加到11.00和14.37 nm，呈現(xiàn)出梯度變化.

圖3 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多層薄膜的 AFM 表面形貌. （a） N2-0；（b）N2-1；（c）N2-2；（d）N2-3Fig.3 AFM surface morphology of FeCrVTa0.4W0.4 nitride composition gradient multilayer films: (a) N2-0; (b) N2-1; (c) N2-2; (d) N2-3

圖4為(FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜的表面三維形貌圖，當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁糠謩e為 15、30和 45 mL·min?1時(shí)，薄膜粗糙度分別為 4.99，5.76和 5.37 nm，可以看出，隨著氮?dú)饬髁康脑黾?，薄膜粗糙度變化不大，說(shuō)明氮原子的加入對(duì)薄膜的表面粗糙度影響不大，而薄膜層之間的相互作用會(huì)對(duì)粗糙度產(chǎn)生較大影響.

圖4 不同氮?dú)饬髁肯?(FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜的 AFM 表面形貌. （a）N2-15；（b）N2-30；（c）N2-45Fig.4 AFM surface morphology of (FeCrVTa0.4W0.4)Nx single-layer films at different N2 flows: (a) N2-15; (b) N2-30; (c) N2-45

FeCrVTa0.4W0.4氮化物薄膜的XRD衍射圖如圖5，為避免薄膜衍射條紋受到基片材料衍射的干擾，本實(shí)驗(yàn)采用掠入射X射線(xiàn)衍射分析(GIXRD)來(lái)表征高熵合金氮化物薄膜的物相結(jié)構(gòu). 從圖5（a）中看出，當(dāng)未通入氮?dú)鈺r(shí)，F(xiàn)eCrVTa0.4W0.4高熵合金薄膜為非晶態(tài)，較快的冷速、高熵合金的高熵效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)、嚴(yán)重晶格畸變都促使非晶結(jié)構(gòu)的形成，隨著薄膜層數(shù)及表層氮?dú)夂康脑黾樱∧ぶ饾u由非晶態(tài)轉(zhuǎn)化為FCC結(jié)構(gòu)，(111)、(220)等衍射峰強(qiáng)度較高，出現(xiàn)擇優(yōu)取向，說(shuō)明N原子的加入有助于VN、CrN等化合物的形成，結(jié)晶性得到了提高，并且與SEM、AFM獲得的表面形貌相對(duì)應(yīng). 隨著氮?dú)饬髁康脑黾?，F(xiàn)eCrVTa0.4W0.4氮化物多層薄膜衍射峰均往左偏移，這是因?yàn)镹原子的加入，使得晶格畸變?cè)龃?，增大了原子間的距離. (FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜的XRD衍射圖與多層薄膜的類(lèi)似，如圖5（b），隨著氮?dú)饬髁康脑黾樱?111)、(220)等衍射峰強(qiáng)度較高，結(jié)晶性提高，出現(xiàn)FCC結(jié)構(gòu)，與SEM及AFM表面形貌相符.

圖5 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物薄膜的 XRD 衍射圖. （a）FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多層薄膜；（b） (FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜Fig.5 XRD diffraction patterns of FeCrVTa0.4W0.4 nitride films: (a)FeCrVTa0.4W0.4 nitride composition gradient multilayer films; (b) (FeCrVTa0.4W0.4)Nx single-layer films

N2-1與 N2-15相比，表層氮?dú)饬髁烤鶠?5 mL·min?1，但結(jié)晶性略有下降，可能是由于N2-1在鍍高熵合金氮化物薄膜之前，首先沉積了一層FeCrVTa0.4W0.4高熵合金非晶薄膜，該非晶薄膜對(duì)后續(xù)氮化物薄膜沉積后FCC結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變起到了一定阻礙作用.

2.2 FeCrVTa0.4W0.4高熵合金氮化物薄膜的力學(xué)性能

本實(shí)驗(yàn)采用納米壓痕中的CSM法測(cè)量薄膜的力學(xué)性能，這種方法通過(guò)簡(jiǎn)諧力驅(qū)動(dòng)壓頭壓入膜中，可以得到隨薄膜厚度變化的硬度及楊氏模量數(shù)值. 在壓入過(guò)程中，剛開(kāi)始會(huì)受到表面效應(yīng)的影響，不能得到薄膜的真實(shí)硬度，當(dāng)膜層硬度變化形成穩(wěn)定平臺(tái)后，才能得到真實(shí)的硬度值，在壓入深度到達(dá)100 nm后趨于穩(wěn)定，通過(guò)計(jì)算100～400 nm硬度、楊氏模量的平均值，得到薄膜的硬度值、楊氏模量值.

圖6（a）結(jié)果表明，在未通入氮?dú)鈺r(shí)，薄膜硬度為 14.42 GPa，當(dāng)通入 15 mL·min?1氮?dú)夂?，薄膜硬度達(dá)到22.05 GPa，表明氮原子的加入使得薄膜硬度提高，由于氮原子溶于金屬間，對(duì)薄膜產(chǎn)生了一定的強(qiáng)化效果，但是繼續(xù)增加氮?dú)馔ㄈ肓亢螅∧び捕认陆?，N2-2、N2-3的硬度值為 16.54和11.32 GPa，是由于過(guò)量的氮化物在薄膜中形成強(qiáng)度較低的有序相結(jié)構(gòu)，且由XRD結(jié)果看出，隨氮?dú)饬髁康脑黾樱娱g距增大，因此破壞了之前較為致密的晶體結(jié)構(gòu)，此外，由于每層薄膜氮?dú)夂康牟町愝^大，可能導(dǎo)致薄膜層間的結(jié)合力變?nèi)?，也?huì)使薄膜的力學(xué)性能降低. 而楊氏模量的變化趨勢(shì)和硬度相似，當(dāng)通入少量氮?dú)鈺r(shí)達(dá)到最大值，為287.4 GPa.而在薄膜中引入過(guò)量的氮元素后，對(duì)結(jié)構(gòu)具有一定的破壞作用，從而導(dǎo)致楊氏模量的降低.

圖6（b）為(FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜的硬度、模量隨氮?dú)饬髁孔兓那闆r，當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁繛?5 mL·min?1時(shí)，薄膜具有最高的硬度 22.8 GPa和楊氏模量 280.7 GPa，當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁看笥?30 mL·min?1后，薄膜的硬度及模量變化不明顯，結(jié)合FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁空伎偭髁康募s10%時(shí)，薄膜具有最佳的力學(xué)性能.

2.3 FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜的光學(xué)性能

目前的光熱轉(zhuǎn)化涂層大多是由減反層、吸收層與紅外反射層組成的“三明治”結(jié)構(gòu). 高熵合金薄膜具有良好的熱穩(wěn)定性，將其用于光熱轉(zhuǎn)化涂層中的吸收層，能夠有效抑制高溫下多個(gè)膜層之間的互擴(kuò)散作用，提高膜層使用壽命，利用高熵合金多層薄膜的表面粗糙性可以加強(qiáng)對(duì)光的吸收.

本實(shí)驗(yàn)研究多層薄膜結(jié)構(gòu)對(duì)光的吸收效率的影響，圖7為FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜在不同波長(zhǎng)下的反射率. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜對(duì)300～400 nm波段的可見(jiàn)光具有低反射率，而對(duì)400～800 nm波段具有較高的反射率，可以看出，該系列薄膜對(duì)短波長(zhǎng)的可見(jiàn)光有較高的吸收率，具有一定的選擇吸收性，當(dāng)鍍了3層氮化物薄膜時(shí)，吸收率最高，可能是由于多層膜之間的相互干涉及表面較大的粗糙度對(duì)光吸收率有貢獻(xiàn). 通過(guò)計(jì)算，表3列出了FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收率.

表3 FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜在不同波長(zhǎng)下的吸收率Table 3 Absorptivity of FeCrVTa0.4W0.4 nitride composition gradient multilayer films at different wavelengths

圖7 FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層梯度薄膜在不同波長(zhǎng)下的反射率Fig.7 Reflectivity ratio of FeCrVTa0.4W0.4 nitride composition gradient multilayer films at different wavelengths

2.4 FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜的潤(rùn)濕性

將FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜用作太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換薄膜時(shí)，還需考慮薄膜表面的潤(rùn)濕性. 在室溫下對(duì)FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜的潤(rùn)濕性采用量角法進(jìn)行了測(cè)試，用去離子水為潤(rùn)濕介質(zhì). 如圖8所示，通過(guò)測(cè)量接觸角可以看出，在不通入氮?dú)饣蛘弑∧け韺拥獨(dú)夂枯^低時(shí)，接觸角范圍在85°到88°之間，疏水性較大，當(dāng)薄膜表層氮含量最高即 45 mL·min?1時(shí)，接觸角為50°左右，此時(shí)，薄膜具有較好的親水性.

圖8 FeCrVTa0.4W0.4 氮化物成分梯度多層薄膜的水滴圖像. （a）N2-0；（b）N2-1；（c）N2-2；（d）N2-3Fig.8 Water droplet image of FeCrVTa0.4W0.4 nitride composition gradient multilayer films: (a)N2-0; (b) N2-1; (c) N2-2; (d) N2-3

2.5 (FeCrVTa0.4W0.4)Nx 單層薄膜的方塊電阻

用四探針測(cè)試臺(tái)，測(cè)試(FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜的方塊電阻，研究在不同氮?dú)夂肯拢?FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜方塊電阻的變化趨勢(shì)（如圖 9）. 沒(méi)有通入氮?dú)鈺r(shí)，F(xiàn)eCrVTa0.4W0.4高熵合金薄膜的方塊電阻為2.04 Ω，隨著氮?dú)饬髁康脑黾樱綁K電阻也增加，當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁繛?45 mL·min?1時(shí)，方塊電阻為 65.85 Ω，F(xiàn)eCrVTa0.4W0.4高熵合金薄膜為非晶結(jié)構(gòu)，隨著N2流量占比的增加，方塊電阻增加. 這是因?yàn)镹元素的加入，一方面薄膜金屬鍵減少，M-N(M為金屬元素)共價(jià)鍵增多；另一方面，N原子填充了晶界與缺陷，增加了自由電子散射的幾率，從而使方塊電阻增加.

圖9 不同氮?dú)饬髁肯?(FeCrVTa0.4W0.4)Nx 單層薄膜的方塊電阻Fig.9 Square resistance of (FeCrVTa0.4W0.4)Nx single-layer films at different N2 flows

3 結(jié)論

（1）本實(shí)驗(yàn)采用射頻磁控濺射法在硅片上沉積了FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜和(FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)eCrVTa0.4W0.4高熵合金薄膜為非晶結(jié)構(gòu)，表面致密光滑，隨著表層氮?dú)饬髁康脑黾?，薄膜表面逐漸出現(xiàn)顆粒物，XRD結(jié)果顯示呈現(xiàn)出FCC結(jié)構(gòu)，SEM結(jié)果也顯示表面顆粒呈現(xiàn)三棱錐狀，截面呈現(xiàn)柱狀晶. 說(shuō)明該高熵合金氮化物薄膜發(fā)生了由非晶結(jié)構(gòu)向FCC結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變.

（2）當(dāng)最外層氮?dú)饬髁繛?15 mL·min?1時(shí)，該多層及單層薄膜均具有最佳的力學(xué)性能，多層薄膜硬度達(dá)到 22.05 GPa，楊氏模量為 287.4 GPa，單層薄膜硬度為 22.8 GPa，楊氏模量為 280.7 GPa，隨著最外層氮?dú)饬髁康睦^續(xù)增加，薄膜的力學(xué)性能逐漸下降，可能是由于氮原子的引入，破壞了原有的致密結(jié)構(gòu)，形成了強(qiáng)度較低的有序相結(jié)構(gòu).

（3）FeCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜對(duì)300～400 nm波段的可見(jiàn)光具有低反射率，而對(duì)400～800 nm波段具有較高的反射率，當(dāng)鍍了3層氮化物薄膜時(shí)，吸收率最高，可能是由于多層膜之間的相互干涉及表面較大的粗糙度對(duì)光吸收率有貢獻(xiàn). 當(dāng)?shù)锉∧訑?shù)較少時(shí)，F(xiàn)eCrVTa0.4W0.4氮化物成分梯度多層薄膜具有較好的疏水性.

（4）用四探針測(cè)試臺(tái)測(cè)試(FeCrVTa0.4W0.4)Nx單層薄膜的方塊電阻，沒(méi)有通入氮?dú)鈺r(shí)，高熵合金薄膜的方塊電阻最低，為2.04 Ω，隨著氮?dú)饬髁康脑黾樱綁K電阻也隨之增加，當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁繛?5 mL·min?1時(shí)，方塊電阻達(dá)到 65.85 Ω.