20世纪80年代，格洛夫的研究成果为溅射技术的工业化大规模生产提供了重要的基础[1]。70年来，人们逐渐开始接受和研究这一新兴的科学技术。近15年来，随着不断改良和创新的溅射技术的出现，它们在金属材料学领域的应用越来越广泛，并且在薄膜的生产方面也取得了显著的突破[2]。
磁控溅射靶材是利用磁控溅射、多弧离子镀或任何形式的溅镀系统在一定工艺条件下溅射在基板上成为各类特殊功用涂层的溅射源[3]。靶材的分类多种多样。按照材质的类别，靶材可分成金属及合金靶材、多种无机非金属靶材和复合靶材等。黄铜靶材属于合金靶材，在其中加入一定量的铟与稀土元素可增强其抗腐蚀性、抗氧化性、耐磨性[4-5]。黄铜靶材不仅被用于装饰材料[6]更被运用于电子、信息、超导、航空等尖端应用领域，还可用于镀制反光膜、导磁膜、半导体电极薄层、电载体薄层、装饰膜、防护膜、集成电路、显示屏等[7-10]。
磁控溅射靶材应优先选择导电性能良好、活性强、且提取、冶炼简单、含量大的金属材料。尽管金和银的导电和导热性能优于黄铜，但它们在地壳中的含量较低，传统的提纯方法很难得到高纯度的金属。此外，它们的微观结构也会对溅射薄膜的沉积率、均匀性和蚀刻性产生重要影响[11]。在耐蚀性与美观性方面，金、银材料长时间暴露在空气中会导致材料发黑，使材料的美观性欠佳。而有研究表明，当锌含量为30%时，黄铜颜色最接近黄金[12]。并且添加Ni的黄铜材料在耐蚀方面要优于金、银材料。尽管镍可能会导致皮肤过敏或致癌[13]，但是当仿金合金的镍含量低于10%wt[14]时，它们所制作的饰品、配件以及真空镀层的薄膜都不会对人类健康造成危害。在材料硬度方面，纯金、银靶材的硬度低，不利于镀层的防护性与使用寿命，而合金材料的硬度要大于纯金属的硬度。例如，仿金铜合金中无论是Cu-Zn-Sn三元合金还是Cu-Al-Ni三元合金不仅硬度与强度要优于金、银材料[15-17]，还有优良的耐蚀性与机械加工性[18]。
随着高科技产业的迅猛发展，薄膜技术的应用越来越普遍。我国已逐渐成为世界上薄膜材料的最大需求地区之一，而靶材是制备薄膜材料中极其重要的耗材，因此，中国未来的靶材市场一定相当广阔[19-25]。本项目拟开发一种可应用于生物医学中的黄铜靶材，使该靶材溅射制造的薄膜具有抗菌性能优良、生物相容性好、成本低廉、无毒、耐蚀等优点。在日常生活、医疗服务、外科手术、植入体等领域，这种技术具有巨大的潜力和发展前景，有望替代传统的贵金属靶材和化合物靶材。
黄铜的成分主要由铜和锌构成，而锌在α固态物质中可以发挥增韧的作用。然而，如果锌的浓度高于32%，就会产生β相（CuZn），导致铜的塑性变差。当锌的浓度为45%~47%时，γ相（Cu5Zn8）的产生将导致它的强度和韧性大幅下降。由于其较少的锌元素，α黄铜以及α+β黄铜的生产成本较低，使它们在工业上被普遍采用。这类铜合金具有较高的机械强度、优良的加工技术、较低的成本，使它们在各个领域都有着极大的优势。
为了进一步讨论仿金铜合金靶材的耐蚀性能，本研究通过电化学测量方法，分析其极化曲线以及交流阻抗谱，从而对耐蚀行为进行研究。
1、实验部分
1.1试剂
本实验所用试剂如表1所示；本实验所用样品（片状）如图1所示。
本实验采用50mL的蒸馏水+50mL的硝酸对5组样品进行腐蚀，观察得到的5组样品的金属相图并对其进行分析。将另5组相同的样品在3.5%的NaCl溶液中进行电化学研究，通过得到的极化曲线以及交流阻抗谱来分析材料的电化学性能。
实验样品为Cu、Zn、稀土元素按一定比例混合而成，金相分析的腐蚀液为50mL的蒸馏水＋50mL的硝酸。
1.2样品的制备
1.2.1熔炼过程
在靶材的熔铸过程中，由于RE的化学活性高，易造成RE元素的高损耗，导致铸锭成分明显低于预设成分，并且RE易氧化，造成铸锭中存在较多的组织缺陷，特别是氧化夹渣。基于此，采用真空高频感应熔炼法，有效地避免RE等活性高的合金元素发生氧化，同时施以强磁场搅拌，在强电磁搅拌的作用下，液态合金的成分更均匀，铸造组织的晶粒细化、铸造组织缺陷少，特别是有助于减少宏/微观偏析。
1.2.2电化学测试样品的制备
在样品的背面焊接导线，并将其表面用EP进行封固，然后使用砂纸细致地打磨，最后使用抛光机将表面光洁度提高，以确保样品能够被准确地用于电化学测试。
1.2.3金相试样制备
首先，使用高效的线切割技术，将实验材料划分为1cm×1cm的方形试样。其次，使用镶嵌技术对其进行镶嵌，并使用不同粒度的砂纸对其进行多次打磨。再次，使用高质量的抛光材料对其进行处理。在处理过程中，使用浸透了腐蚀剂的棉球轻轻擦拭样品表面，并迅速使其保持洁净。最后，使用高倍放大的光学显微镜对实验材料的外形和性能进行检测。
1.3电化学测试设备
CHI660E电化学工作站被广泛应用于电化学实验，它可以将腐烛介质（3.5%的NaCl）封装成3个独立的检测系统，其中参比电极由饱和甘汞组成，辅助电极由石墨组成。这种3电极测试体系可以有效地检测出物质的化学反应，从而更好地了解物质的化学性质。在进行电极测试时，需确保电极的位置正确，避免电极与玻璃壁的碰撞。此外，为了减少溶液的电阻率和测试精度，饱和甘汞电极的末端需尽可能地紧贴着铜合金电极。最后，需要把所有电极浸入腐蚀介质，然后再和电化学测试仪器进行联系。通过使用Origin和ZSimpWin等工具，可以精确地分析并拟合极化曲线与交流阻抗谱中的信息。该实验设备的布局见图2。
2、结果与讨论
2.1极化曲线
在室温下，用3.5%wt的NaCl溶液分别对Imitationgold1#、Imitationgold2#、Imitationgold3#、Imitationgold4#、Imitationgold5#合金体系进行极化曲线的测量，工作电极的面积为1cm2，如图3所示。
极化曲线显示出，自腐蚀电位和腐蚀电流是两个重要的物理量(表2)。腐蚀电位反映电化学腐蚀的程度，Ecorr较高时，腐蚀更难；腐蚀电流则反映腐蚀的程度，Icorr较高时，腐蚀速度加快，腐蚀性能降低；而腐蚀电位Ecorr较高时，材料的抗腐蚀性也会提高。
图3中测量的合金分别为Imitationgold1#、Imitationgold2#、Imitationgold3#、Imitationgold4#、Imitationgold5#合金，测得的自腐蚀电位分别为0.205、-0.189、-0.526、-0.384、-0.207V。根据极化曲线的拟合发现Imitationgold2#铜合金具有最高的腐蚀电位，而Imitationgold3#的腐蚀电位则较低，这表明Imitationgold2#铜合金具有较高的抗腐蚀能力。通过这些信息能够得出：Imitationgold2#铜合金对腐蚀的抵抗能力较强，而Imitationgold3#铜合金的抵抗能力则较弱。
2.2交流阻抗谱
图4显示了Imitationgold1#、Imitationgold2#、Imitationgold3#、Imitationgold4#、Imitationgold5#这5组样品在3.5%NaCl溶液体系下的交流阻抗谱曲线，其特征表现为：高频容抗弧明显增强，而低频则呈现出较为平缓的曲线。根据3.5%NaCl的实验结果，计算了不同合金的交流阻抗谱的拟合情况（表3）。
低频率范围内，直线的斜率偏差较大可能是由于电极表面的粗糙度或电极表面的浅气孔造成的，与合金材料的本身性质有关。
当电流通过高频区域时，半圆弧的出现表明金属与电解质之间发生了电化学反应。从表3的阻抗拟合结果可知，测量结果中电荷转移电阻Rct和容抗弧随合金成分的不同而改变，在腐蚀溶液相同的条件下，腐蚀速率随合金的不同而改变。
2.3金属相图
对Imitationgold1#、Imitationgold2#、Imitationgold3#、Imitationgold4#、Imitationgold5#这5组铜合金经过腐蚀液腐蚀后，对处理后的铜合金进行金相分析，放大倍数为200倍，结果如图5所示。
图5为5组铜合金金相显微图片，从图中可看出，试样均由α相和β组成，晶粒为等轴晶。α相的表面光滑度较高，在明亮的环境中表现出明显的片状或不规则块状，而且没有明显的方向性；β相的锌含量较高，容易受到侵蚀，在明亮的环境中表现出深色，如黑色或深灰色，而且没有明显的晶界；4#样品的晶粒粗大，晶粒内部存在明显的孪晶组织；而5#样品的β相含量比其他4组样品更多，但是腐蚀后的表现要比其他4组样品差。经过腐蚀处理的样品中，大量的微小颗粒被形成，这是因为腐蚀液的作用使得微粒表面发生脱锌，从而导致了这种现象的发生。
3、结论
本研究通过对5组仿金铜合金靶材进行电化学测试及金相分析，得出如下结论：
1）Imitationgold2#合金的自腐蚀电位在最大，这说明该合金具有较高的抗腐蚀水平，而其他合金的腐蚀电位及腐蚀电压则相对较低。
2）5组不同成分的合金电化学交流阻抗谱呈现的曲线图谱有所差别，但趋势一致，交流阻抗谱与极化曲线得到的测试结果相吻合；而通过金相的分析更进一步证明了腐蚀的存在，且腐蚀程度不同，均匀度差别较大。
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