多元素添加制备具有优异力学性能的Ti基非晶薄膜

目前MEMS系统在航空航天、电子电力以及生物医学中的广泛应用及发展,导致Ti基合金的力学性能无法适应当前的应用环境。非晶合金因没有晶界、位错等晶体缺陷,因而表现出优异的机械性能。基于此,本文通过磁控共溅射技术,通过控制靶材参数实现调控Zr、V、Nb元素在Ti基薄膜中的成分变化,并成功制出具有完全非晶态结构的Ti80.6Zr6.0V6.9Nb6.5非晶合金薄膜。该非晶合金薄膜与晶态薄膜相比表现出优异的综合性能,包括:1) 优异的力学性能:高的硬度和弹性模量:7.01 GPa,162 GPa;2) 良好的薄膜质量:高的致密性以及低的粗糙度。此外,还解释了该非晶薄膜具有优异力学性能的原因:1) 结构因素:非晶态结构不具备晶界、位错等结构缺陷;2) 变形机制:对于非晶态材料而言,变形机制是以剪切带机制为主,而剪切带的形成是一个复杂过程,需要消耗大量的势能,因此能承受更高的外加载荷。本次研究为Ti基非晶薄膜家族体系研究提供了新的研究思路,也为MEMS系统提供了有希望的候选材料。