臺大工學院簡訊

　　在實驗製程中，我們使用磁控濺鍍系統以三靶(CoCrNi靶、Al靶、Nd靶)共濺鍍方式製備了一系列(CoCrNi)_93−xAl₇Nd_x (x = 0, 0.22, 0.56, 1.05, 1.73, 2.55, 3.53)中熵合金薄膜進行分析，旨在研究引入不同含量的稀土元素釹(Nd)對(CoCrNi)_93−xAl₇Nd_x中熵合金薄膜系統造成的微結構及機械性質的影響。XRD的結果顯示，隨著釹元素添加量增加，晶粒變得細小，且晶體結構漸漸由FCC固溶相轉變為非晶相。由TEM分析進一步顯示了柱狀結構的細化現象，並觀察到少量的NdNi₅析出物在非晶相結構中形成。透過奈米壓痕和微米柱壓縮測試評估薄膜的機械性能，結果顯示，在釹元素的含量添加至x=0.56時，薄膜表現出最佳的機械性能，這歸因於固溶強化和晶粒細化機制的作用。然而，隨著釹元素含量進一步增加，由於inverse Hall-Petch effect和非晶相的形成，導致機械性質急劇下降。

 

　　退火處理可增強原子擴散和遷移，促進晶格重新排列和析出物的形成。為了進一步產生析出物來改善(CoCrNi)_93−xAl₇Nd_x中熵合金薄膜的機械性質，我們將鍍製薄膜進行550°C/10分鐘的後退火處理。XRD和TEM的分析結果發現在x=0時並無任何相轉變及析出物產生，但隨著釹元素含量上升，不同晶體結構之析出物隨之出現，如B2 NiAl、L1₂ Ni₃Al、HCP NdNi₅和BCC Cr-rich析出物。此外，經由機械性質量測，我們發現退火導致(CoCrNi)_93−xAl₇Nd_x中熵合金薄膜強度增加和延展性下降，這與傳統金屬材料的行為相反，主要由於退火促使傳統金屬材料晶粒成長，(CoCrNi)_93−xAl₇Nd_x中熵合金薄膜之550°C/10分鐘退火產生大量析出物，而卻無明顯晶粒成長。（材料系薛承輝教授提供）

 

 

 

圖ㄧ：不同釹含量(CoCrNi)_93-xAl₇Nd_x中熵合金薄膜在(a)磁控濺鍍及(b) 550°C/10分鐘退火後之XRD繞射圖。

 

 

 

圖二：不同釹含量磁控濺鍍(CoCrNi)_93-xAl₇Nd_x中熵合金薄膜之TEM圖及選區電子繞射圖：(a, e) x=0, (b, f) x=1.05, (c, g) x=1.73, (d, h) x=2.55。

 

 

 

圖三：不同釹含量磁控濺鍍(CoCrNi)_93-xAl₇Nd_x中熵合金薄膜在550°C/10分鐘退火後之TEM圖及選區電子繞射圖：(a, e) x=0, (b, f) x=1.05, (c, g) x=1.73, (d, h) x=2.55。

 

 

 

圖四：不同釹含量(CoCrNi)_93-xAl₇Nd_x中熵合金薄膜在(a)磁控濺鍍及(b) 550°C/10分鐘退火後之奈米尺度硬度及彈性簡化模數曲線及其晶體結構。

 

 

 

圖五：不同釹含量(CoCrNi)_93-xAl₇Nd_x中熵合金薄膜在(a)磁控濺鍍及(b) 550°C/10分鐘退火後之微米柱壓縮應力–應變曲線。