Abstract
本實驗利用田口實驗設計法設計出Al23.1Cr30.8Nb7.7Si7.7Ti30.7、Al23.1Cr40Nb11.2Si7.7Ti18、Al29.1Cr40Nb7.7Si7.7Ti15.5、Al29.1Cr30.8Nb11.2Si7.7Ti21.2四種不同成份配比，使用真空電弧熔煉製備靶材，再利用反應式直流磁控濺鍍法製備高熵合金氮化膜，固定氮氣流率為50 % 及基板溫度為400 ℃，探討不同基板偏壓對薄膜微結構及機械性質的影響，並對氮化膜進行900 ℃及1000 ℃大氣退火處理，藉此評估氮化膜的抗氧化能力，最後利用田口實驗法配合直交表之合金配置所得的數據，根據各成份不同偏壓下氮化膜初鍍態硬度及大氣退火後的氧化層厚度進行反應因子及SN ratio的分析，找出性質最佳的靶材成份配比。 實驗結果發現各成份氮化膜在不同基板偏壓的條件下均為單一FCC結構，其晶格常數隨偏壓增加由4.15 ~ 4.17 □上升至4.21 ~ 4.22 □，其晶粒尺寸由17 ~ 18 nm縮減至6 ~ 7 nm，氮化膜結構由柱狀晶轉變為等軸晶結構；在機械性質方面，增加基板偏壓有助於薄膜硬度及殘留壓應力的提升，Al23.1Cr30.8Nb7.7Si7.7Ti30.7、Al23.1Cr40Nb11.2Si7.7Ti18、Al29.1Cr40Nb7.7Si7.7Ti15.5、Al29.1Cr30.8Nb11.2Si7.7Ti21.2隨著基板偏壓的不同，其最佳硬度分別為36.1 GPa、36.9 GPa、35.8 GPa、36.7 GPa，其殘留壓應力提升至3.8 ~ 4.5 GPa。 在抗氧化能力方面，各成份氮化膜在900 ℃大氣退火兩小時後其表面氧化層厚度約為60~160 nm，其餘部份與退火前結構沒有太大差異，顯示氧化情形並不嚴重，具有良好的抗氧化能力。 利用田口實驗法中的因子反應及SN ratio分析，發現最佳化成份為Al29.1Cr40Nb11.2Si7.7Ti12，其氮化膜在基板偏壓為-150 V時達到最佳硬度值36.6 GPa，具有不錯的硬度表現；抗氧化能力方面則有明顯的提升，在900 ℃及1000 ℃大氣退火2小時後其氧化層厚度分別僅為50 nm、150 nm；利用O/E值與TiN及TiAlN系統比較，在不同的大氣退火溫度，Al29.1Cr40Nb11.2Si7.7Ti12氮化膜的O/E值曲線斜率變化皆較緩和，顯示Al29.1Cr40Nb11.2Si7.7Ti12氮化膜的抗氧化能力優於TiN及TiAlN系統。