西安交通大学材料学院刘刚教授

kanjian

通过合金化进行的晶界（GB）工程开辟了一条设计合金界面以调整其机械性能的新途径，而确定合金元素的最佳添加量是关键所在。纳米晶（NC）Cu薄膜因其高电导率和高导热性，在微器件和纳米器件中的实际应用而被广泛研究。然而，大量的晶界（GBs）使铜薄膜具有较低的拉伸延展性和较差的热稳定性，而通过控制NC金属薄膜中掺杂原子的分布，合金化成为实现这一目标的有效途径。除了众所周知的晶界强化外，不相容的Cu-Cr体系的高强度基本机制还包括固溶强化、（团簇强化），GB溶质分离相关强化效果等。

合成薄膜，经常使用溅射法（例如磁控溅射）和其它物理气相沉积法（例如分子束外延法），其提供良好的膜/基材粘附性。这些独特的沉积方法通常导致这些沉积薄膜具有残余应力和过量点缺陷的热力学非平衡态。具体来说，磁控溅射在溅射原子上形成了更大范围的冲击角度，使得薄膜表面更好地覆盖缺陷和台阶，形成均匀的薄膜微结构。

近日，西安交通大学刘刚教授等人在知名期刊Acta Materialia上发表了题为“Tuning the microstructure and mechanical properties of magnetron sputtered Cu-Cr thin films: The optimal Cr addition”的文章。实验通过非平衡磁控溅射沉积制备不相容的Cu-Cr合金薄膜，研究Cr合金化对Cu薄膜的微观结构和力学性能的影响。通过组合强化模型对Cu-Cr合金膜的Cr浓度依赖性硬度进行量化，研究也表明最大硬度的实现与最大GB溶质偏析引起的强度有关。