Impact of Al or Si addition on properties and oxidation resistance of magnetron sputtered Zr–Hf–Al/Si–Cu metallic glasses

Abstract

Amorfní kvaternární tenkovrstvé kovové slitiny Zr–Hf–Al/Si–Cu byly připraveny nereaktivním magnetronovým naprašováním za využití čtyř nevyvážených magnetronů osazených Zr, Hf, Al nebo Si, a Cu terči. Zr, Hf a Al nebo Si terče byly rozprašovány v dc režimu zatímco Cu terč ve vysoko-výkonovém pulzním režimu. Byly připraveny dvě série vrstev buď s Al (až 17 at. %) nebo Si (až 12 at. %). Vliv prvkového složení na strukturu, tepelné chování, mechanické a povrchové vlastnosti, elektrickou rezistivitu a oxidační odolnost byl systematicky zkoumán. Všechny vrstvy Zr–Hf–Al/Si–Cu byly připraveny s rentgenově amorfní strukturou. Skelný přechod byl ale rozpoznán pouze do 12 at. % Al nebo 6 at. % Si. Přidání Al nebo Si zlepšuje mechanické vlastnosti vrstev a tepelnou stabilitu jejich amorfní struktury. To lze vysvětlit zvyšujícím se podílem kovalentní složky smíšené kovalentně-kovové vazby s rostoucím obsahem Al a Si. Kovová skla Zr–Hf–Al–Cu navíc vykazují širší oblast přechlazené kapaliny, zatímco kovová skla Zr–Hf–Si–Cu jsou odolnější vůči oxidaci.