[发明专利]一种调控非晶/非晶纳米多层膜加工硬化能力的方法

说明书

本发明公开了一种调控非晶/非晶纳米多层膜加工硬化能力的方法，采用磁控溅射的方法沉积第一层5纳米厚的Zr₅₀Cu₅₀非晶，然后在第一层Zr₅₀Cu₅₀非晶上再沉积第二层5纳米厚的Ni₅₀Nb₅₀非晶，交替沉积形成的Zr₅₀Cu₅₀/Ni₅₀Nb₅₀非晶/非晶纳米多层膜具有显著的加工硬化能力。本发明制备的多层膜界面明晰，容易通过控制单层膜的厚度以及两层的厚度比来调控非晶/非晶多层膜的加工硬化能力，从而为制备可控的高强度、高加工硬化能力非晶/非晶纳米多层膜材料提供可能。

技术领域

本发明属于纳米金属薄膜材料技术领域，特别涉及一种调控非晶/非晶纳米多层膜加工硬化能力的方法。

背景技术

非晶合金区别于传统的晶体材料，具有“短程有序，长程无序”的原子排列特征，这决定了非晶合金具有区别于晶体材料的独特的力学性能，例如高的强度、弹性极限、屈服强度和断裂韧性的良好匹配以及良好的室温离子辐照性能。因此，非晶合金在要求高弹性极限、高屈服强度和断裂韧性的领域表现出独特的性能优势。然而，非晶合金由于缺乏晶体材料中常见的缺陷如位错和孪晶，其塑性变形由局域化的剪切带主导，即在加载的过程的切应力大于其屈服强度时，局域化的剪切转变区域被激活，进而通过局部渗流形成剪切带，继而迅速扩展至自由表面而使样品发生破坏。局域化的剪切变形主导的塑性变形方式使非晶合金缺乏加工硬化(真应力随真应变的增加而增加)的能力，这使得非晶合金无法胜任载荷突然增加的工况。于是，在很大程度上限制了非晶合金的应用。因此，通过成分和结构的设计在非晶合金中实现加工硬化能力成为诸多研究的热点。

现有的实现非晶合金加工硬化的方法主要有：(1)利用非晶合金塑性变形行为的尺寸效应来实现加工硬化：由于剪切带的扩展伴随着新表面的形成，当截切带扩展时导致的弹性能释放小于其表面能的增加时，剪切带的扩展行为将会受到抑制，以此来实现非晶合金的加工硬化，但是这种方法一般要将试样尺寸降低到100纳米以下，因此实现起来比较困难；(2)通过添加高体积分数的晶体相，从而使剪切带的扩展行为得到抑制，以实现非晶合金的加工硬化，但是这种方式在很大程度上降低了非晶合金的强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调控非晶/非晶纳米多层膜加工硬化能力的方法，克服上述现有技术的缺点。本发明方法制备的多层结构具有明晰的界面，很容易通过控制单层膜厚度的调控来调控非晶/非晶多层膜的加工硬化能力，从而为制备力学性能可控的非晶/非晶纳米多层薄膜材料提供可能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种调控非晶/非晶纳米多层膜加工硬化能力的方法，采用磁控溅射的方法沉积第一非晶层，然后在第一层非晶上再沉积第二层非晶，交替沉积形成非晶/非晶纳米多层膜。

具体包括以下步骤：

1)将直径为50±2毫米的单面抛光单晶硅基片清洗干净，然后放入超高真空磁控溅射设备基片台上固定，准备镀膜；

2)将需要溅射的第一层非晶靶材和第二层非晶靶材分别安置在相应的靶材座上；

3)硅片溅射沉积时，采用直流和射频电源分别连接对应的靶材，溅射过程中先在硅基体上用直流电源镀制第一层非晶，以该第一层非晶作为第二层非晶生长的基底，然后交替沉积第一层非晶和第二层非晶以形成多层薄膜，最终达到设定的单层厚度和总厚度。

进一步的，步骤1)中，单面抛光单晶硅基片的取向为(100)，分别用丙酮、酒精和蒸馏水超声清洗15-20分钟至洁净。

进一步的，步骤2)中，第一层非晶靶材的成分为Zr₅₀Cu₅₀(原子百分比)；第二层非晶靶材的成分为Ni₅₀Nb₅₀(原子百分比)。