[发明专利]金属材料以及用于制造金属材料的方法

说明书

本申请涉及金属材料以及用于制造金属材料的方法，其中所述金属材料包括：由多个金属原子构成的超纳晶粒，所述超纳晶粒具有由至少两相构成的晶体结构；其中，所述至少两相包括晶相和非晶相。金属材料具有理论强度的纳米双相玻璃纳米晶结构，此种纳米晶具有的超高强度将使其在高强度MEMS器件、高耐磨涂层及高强度3D打印结构方面有很好应用前景。

技术领域

本发明涉及金属材料以及用于制造金属材料的方法，并且具体地，但非唯一地，涉及一种用于通过在磁控溅射过程沉积金属膜制造金属材料的方法。

背景技术

材料的强度反映了能够经受施加的载荷或者抵抗塑料变形的能力。每种材料是独一无二的，因此每一者具有不同的强度。材料的强度包括拉伸强度、压缩强度时以及剪切强度。以拉伸强度为例，其表现为以对抗材料撕开(例如通过拉伸)而承受的最大应力，同时在断裂之前材料会延展或者塑性形变。

一些材料在没有塑料变形的情况下可能会非常脆并且会迅速地断裂，同时，一些材料(特别是金属)通常柔软，并且可以经受某种程度的弹性变形(另一塑料变形)并且在最终断裂之前甚至会变细。因此，重要的是研究不太软的材料的强度，由此将这些材料用于正确的应用中。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种金属材料，包括：由多个金属原子构成的超纳晶粒，所述超纳晶粒具有由至少两相构成的晶体结构；其中，所述至少两相包括晶相和非晶相。

优选地，所述晶相包括超纳米晶相，而非晶相包括超纳米非晶相。

优选地，所述多个金属原子构成球形等轴晶结构。

优选地，所述多个金属原子还形成非晶壳。

优选地，所述球形等轴晶结构的至少一部分被非晶壳所环绕。

优选地，所述超纳晶粒基本上无位错。

优选地，每一个所述的非晶壳具有小于或等于10nm的超纳米尺寸。

优选地，每一个所述的球形晶体结构具有小于或等于10nm的超纳米尺寸。

优选地，超纳米晶相与超纳非晶相的体积比例基本上在1:2到2:1的范围。

优选地，所述比例基本上等于1:1。

优选地，两相在三维空间上均匀分布。

优选地，其强度大于或等于E/20的材料理论强度值，其中，E表示金属材料的弹性模量。

优选地，其强度为3.3GPa。

优选地，其具有包括金属玻璃结构双相结构。

优选地，其化学组分包括镁。

优选地，所述化学组分还包括钇和铜中的至少一种。

优选地，所述晶相为富含铜并且所述非晶相富含镁。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于制造金属材料的方法，包括以下步骤：将包括多种金属元素的金属膜沉积在基材上；其中，多种金属元素布置在具有至少两个相的晶体结构中；其中，所述至少两个相包括晶相和非晶相。

优选地，所述金属层在磁控溅射工艺中沉积。

优选地，镁合金靶用在磁控溅射工艺中。

优选地，镁合金靶的成分包括镁、钇和铜。

优选地，镁、钇和铜的原子比等于65:25:10。

优选地，镁合金靶通过冶炼而制造。

优选地，磁控溅射工艺包括以下参数：

-背景真空度：小于等于1x10-4Pa；