金属gd表面ti薄膜的制备及其性能研究

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1、西华大学硕士学位论文金属Gd表面Ti薄膜的制备及其性能研究材料加工工程专业研究生李丽指导教师吴卫教授摘要室温磁制冷技术具有节能、环保等突出优点，越来越受到人们关注。钆(Gd)在室温具有优良的磁热效应，同时具有良好的韧性和易加工性，是磁制冷机首选的室温磁致冷材料。但作为磁致冷工质钆(Gm由于其性能活泼，在热交换介质中腐蚀严重，严重影响了磁致冷样机的使用寿命。因此，对磁制冷材料Gd的保护尤为重要。根据理论分析和实践经验，Ti膜具有良好的耐腐蚀性，本文在此基础上，深入研究Ti薄膜。针对Ti薄膜微观结构和

2、各种性能之间的联系上进行研究和探索较少的现状，本文主要集中研究Ti薄膜溅射沉积过程微观组织与性能之间的规律，增强Ti膜应用研究的理论基础，为高性能Ti薄膜的制备提供依据。本文采用磁控溅射方法制备Ti薄膜，并分别在沉积时间、溅射功率和工作压强上进行参数控制。首先在玻片上溅射Ti膜，用原子力显微镜(AFM)测定各个参数条件下得到的Ti薄膜的膜厚及微观结构；在此基础上在金属Gd上溅射Ti膜，分析各个工作参数变化引起的微观结构改变对Ti膜四种宏观性能的影响。通过拉伸试验测定不同参数下Ti膜与Gd的结合能力

3、；用自制的绝热温变测试仪器测定Ti膜对金属Gd磁热性能的影响；通过测定极化曲线来评定各个参数下得到的薄膜抗电化学腐蚀能力；用失重法计算各个参数下得到的Ti膜的耐蒸馏水腐蚀的能力。并与纯Gd做对比。实验结果表明：磁控溅射方法可得到表面纳米级平整的Ti薄膜，表面致密无针孔，组织较均匀，Ti薄膜是由原子堆积成的岛状分布生长，生长期薄膜表面相对粗西华大学硕士学位论文糙不平，晶粒呈细纤维状。在三个工作参数中，溅射电流对薄膜微观结构影响较大，当电流较低时(1A-1．5A)，薄膜处于非晶态，在此阶段由于粒子～直

4、处于无序状态没有改变，致使薄膜的各项宏观性能没有明显变化；电流增大到2A，粒子的无序状态消失，薄膜的各项宏观性能出现大幅度的提高；当溅射电流达到3A时，粒子急剧增大，形状变为顶端平整的六边形，这样的微观结构使Ti膜具有了更为优异的宏观性能。Ti膜在蒸馏水腐蚀实验中体现出优良的耐腐蚀性能。与纯Gd相比，Ti膜腐蚀速率明显降低。通过分析可知，溅射时间对Ti膜的水腐蚀速率影响不大；溅射电流的增大显著降低Ti膜的水腐蚀速率；溅射Ti膜的工作压强与Ti膜的水腐蚀速率之间没有规律性的变化关系，但当工作压强为1

5、．1Pa时，腐蚀实验进行到20天左右，薄膜出现脱落现象，严重降低了Ti膜对基体的保护作用。Gd基底溅射Ti膜在蒸馏水中的极化曲线显示，Ti膜有效的提高了腐蚀电位，对Gd抵抗电化学腐蚀贡献较大。通过膜基结合性能实验可以看出：溅射时间的变化对薄膜与基体的结合性能影响不大；膜基结合力随溅射电流的增大而增大；与工作压强不成规律性变化。同时，磁化和去磁产生最大温变处温度与Gd相近，对Gd的制冷效果几乎无影响。关键词：Ti薄膜；磁控溅射；表面形貌；微观结构；宏观性能本课题由国家“十五"863高科技项目支持项目

6、名称：室温磁制冷材料及室温磁制冷样机研制课题编号：2002AA32401011西华大学硕十学位论文ResearchonthepreparationandperformanceofTifilmsputteredonGdMaterialProcessingEngineeringPostgraduate：LiLiSupervisor：WuWeiAbstractMagneticrefrigeratingtechniqueiswidelypaidattentiontoenergyconservationan

7、dEnvironmentalprotection．Atroomtemperature．GdiSoneoftheimportantmagneticrefrigerantmaterialinmagneticrefrigerators，foritexhibitslargemagnetocaloriceffect，perfecttoughnessandeasyprocessed．However,itiSeasytobecorrodedintheexchangeheatliquidofmagneticref

8、rigeratorduringworking．whichimpairsitsservicelifeseriously．So，itissignificantlyimportanttoprotectGd．Accordingtotheoreticalanalysesandpracticalexperience，wefoundTifilmhasexcellentcorrosionresistancedepositedonGd．Basedontheabove，thisPapermadeade