通过控制氦气掺入量在磁控溅射过程中实现铌薄膜的结构演变与性能提升

《Vacuum》：Structural Evolution and Property Enhancement of Niobium Films Through Controlled Helium Incorporation During Magnetron Sputtering

氢浓度与冷却曲线参数关联研究显示，高灵敏度热电偶结合商用减压装置可实现铝合金凝固过程的实时冷却曲线分析，发现氢含量对Al8Si3Cu合金共晶形核温度影响最大（500.5-512.8℃），孔隙率在氢浓度＞0.15ml/100g时显著增加，减压条件使检测灵敏度提升三倍，为即时氢浓度测定提供新方法。

　　

亚历山大·米特拉希诺维奇（Aleksandar Mitra?inovi?）|佐兰·奥达诺维奇（Zoran Odanovi?）|弗朗西斯科·C·罗布莱斯·埃尔南德斯（Francisco C. Robles Hernández）

塞尔维亚科学与艺术学院技术科学研究所，35/IV Knez Mihailova街，11000贝尔格莱德，塞尔维亚

摘要

本研究将高灵敏度的热电偶与一种商用减压装置结合使用，实现了冷却曲线分析数据的即时获取。在减压条件下形成的Al8Si3Cu铝合金中，冷却曲线参数与液体中的氢浓度及固体的孔隙率水平相关联。结果表明，与其他转变温度相比，Al-Si-Cu共晶转变温度受氢含量的影响最大。当样品在6kPa的压力下凝固时，Al-Si-Cu共晶转变温度在0.227至0.079 ml H₂/100g Alloy的氢浓度范围内变化，范围为500.5至512.8摄氏度。与标准条件下凝固的样品相比，减压处理使灵敏度常数提高了约三倍。通过结合减压凝固条件和计算机辅助的热分析，可以弥合离线商业方法与熔融铝合金中溶解氢的即时定量分析之间的差距。

引言

在许多实际应用中，传感器灵敏度的提高和数据传输效率的提升使得以前只能在过程结束后进行评估的结果现在可以提前预测[1]、[2]、[3]。在汽车和航空航天等快速发展的行业环境中，需要在液态合金成形前预测零件的性能[4]、[5]、[6]。工业用合金的微观结构在很大程度上取决于其中溶解气体的含量。了解溶解气体的初始浓度有助于预测零件的结构和机械性能[7]、[8]、[9]。

氢是溶解在液态铝中溶解度最高的气体[10]、[11]，其存在是导致孔隙形成的主要原因。西弗茨定律（Sieverts' law）指出，像氢这样的双原子气体的溶解度与热力学平衡状态下该气体的分压的平方根成正比[12]。实际上，在液相线温度下，由于铝的结晶和枝晶生长，氢的溶解度会迅速下降，这为氢气泡的非均匀结晶提供了大量空间。固体结构中形成的孔隙大小由凝固过程中氢气泡生长的枝晶间空间决定。孔隙形成的一般公式可以用压力平衡方程表示：

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