【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属表面改性领域，具体涉及一种梯度结构ag/femncrni纳米层状材料及制备方法。
技术介绍
1、5g信息技术的发展加速了人工智能和物联网革命，近来物联网系统被广泛应用于国防工业、交通运输、医疗及日常生活中，是目前国家科技发展不可或缺的一部分。而物联网系统则由大量微纳器件(mems/nems)组成其传感“神经元”。其中，微纳器件的核心结构-金属薄膜互联线材料，以其优异的力/电学性能，在印刷电路板的大规模制造和集成电路的微型化发展中展示出重要作用和应用优势。
2、然而，随着近年来微电子器件的小型化、低损耗、高精度发展趋势，器件复杂精密制造过程中必将涉及力、热等多场耦合作用，进而引起内部关键构件的变形/失稳、性能下降导致失效，严重影响微电子器件的服役寿命。金属薄膜材料仍受困于这一难题。因此，开发力学性能稳定可靠的微纳器件用金属薄膜结构材料是推动微电子行业发展的重中之重。
3、目前，传统金属多层膜的力学性能已趋于瓶颈，亟需颠覆性的涂层设计满足复杂服役环境要求。近来，高熵合金(hea)作为一种新型多主元合金，以其独特的微观组织结构表现出结构、成分、热力学及动力学方面的四大特殊效应，进而展现优异的力学性能；同时，多尺度梯度非均匀结构的设计思想被认为获得良好强度与韧性匹配的有效途径，其通过控制晶粒尺寸/层厚梯度或异质界面约束，实现从纳米尺度到宏观尺度的多个特征维度的梯度微观结构调控，优化综合力学性能。若能将高熵合金与金属通过磁控溅射交替沉积成金属-高熵合金梯度金属层状复合材料，可耦合金属-高熵合金两种
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种梯度结构ag/femncrni层状复合材料及制备方法，通过耦合低维异质结构与hea独特多主元效应，加以调控功能基元层厚梯度，制备均匀致密且界面结合力强的梯度结构ag/femncrni多层膜，具有优异的力学性能。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、一种梯度结构ag/femncrni复合材料，包括交替设置的ag层和femncrni层，一个调制周期的ag层和femncrni层的厚度相同，各调制周期的ag层和femncrni层的厚度梯度递增。
4、优选的，所述梯度结构ag/femncrni层状复合材料的ag层为晶体，晶粒形貌分别为柱状晶，所述femncrni层为fcc结构；
5、当复合材料表层的femncrni层厚度小于50nm时，femncrni层内组织为少量晶体“镶嵌”于非晶的双相结构，当复合材料表层的femncrni层厚度大于50nm，femncrni层内组织为非晶结构。
6、优选的，所述ag/femncrni复合材料的厚度为1.4μm-1.5μm，硬度为2.92gpa～3.46gpa。
7、一种梯度结构ag/femncrni复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8、步骤1、对基体进行清洗并去除表面的氧化膜。
9、步骤2、采用ag靶和femncrni靶进行直流磁控溅射交替沉积ag层和femncrni层，一个调制周期内ag层和femncrni靶的厚度相同，各调制周期的ag层和femncrni层的厚度梯度递增，直至复合材料的总厚度达到预设厚度，随炉冷却至室温得到ag/femncrni复合材料。
10、优选的，步骤1中基体清洗并去除表面的氧化膜的方法如下：
11、对基体抛光后进行超声清洗，待基体干燥后进行酸洗去除基体表面氧化膜。
12、优选的，步骤2中所述厚度梯度递增的变化量小于或等于25nm。
13、优选的，所述步骤2中所述ag靶和femncrni靶均采用直流电源，功率为200w，沉积气压0.7pa，磁控溅射共溅射沉积过程中硅基体转速15r/min。
14、优选的，所述femncrni靶材原子比为：30.43at.％，fe-20.46at.％，mn-22.29at.％，cr-26.82at.％ni。
15、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
16、本专利技术提供的一种梯度结构ag/femncrni层状复合材料，cantor合金去掉co元素形成四元fcc结构-femncrni合金，具有优异变形能力和延展性，金属ag具有低的层错能，在生长过程中容易产生孪晶，主导塑性变形，本申请将ag与femncrni合金制备成层状复合材料，形成独特的层状结构及高密度的异质界面；同时，利用多尺度梯度非均匀结构的设计思想，将hea的多主元效应结合梯度层间异质界面的约束效应，构筑软硬异质结构梯度，在塑性变形过程中由于软硬组元不同时变形产生应变梯度，在材料中激活新位错结构，进而影响金属层状复合材料整体的力学行为，最终实现力学性能的突破。
17、本专利技术的ag/femncrni层状复合材料的制备方法，通过控制沉积时间来调整ag/femncrni梯度纳米层状复合材料的界面结构，沉积过程中，femncrni高熵合金靶中被溅射出的fe原子、mn原子、cr原子及ni原子间的碰撞几率较高，沉积到基体能量较大，因此会形成部分亚稳态的非晶结构，当梯度结构复合材料表层的厚度小于50nm时，femncrni层为晶体“镶嵌”于非晶的双相结构，当梯度结构复合材料表层的厚度大于50nm时，femncrni层内组织为非晶结构，ag靶中被溅射出的ag原子沉积形成晶体层，所有复合材料的层间界面结构均为晶体-非晶型界面界面，界面结构稳定且不发生改变。沉积过程中改变两个靶材的沉积时间，得到不同厚度梯度的ag/femncrni梯度纳米层状复合材料。层合材料的功能基元厚度和界面是影响力学性能和变形机理的重要因素，而层厚梯度变化将通过调控层厚来构筑结构梯度，在外加载荷作用下，由于结构差异，产生非均匀塑性变形，进而形成应变梯度，激活/影响位错的结构。随着层厚梯度的增加，结构梯度逐渐增大，额外强化效果显著，复合材料的硬度增大至峰值，峰值硬度的层厚梯度为δh＝5nm，之后随着梯度的继续增加，由于多层膜中大尺度层(>80nm)的体积分数增加，加之异质界面密度逐渐减小，硬度由峰值逐渐减小至一个稳定状态，本申请中δh＝5nm样品表现出最大硬度，而δh＝10-25nm ag/femncrni梯度纳米层状复合材料硬度接近。
18、进一步的，沉积结束后在高真空镀膜腔体内自然放置随炉冷却，以稳定ag-femncrni层界面结构，防止膜-基热膨胀系数差异或内应力作用造成纳米层状材料的脱落、断裂，并防止高温情况下接触空气导致的氧化。
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1.一种梯度结构Ag/FeMnCrNi复合材料，其特征在于，包括交替设置的Ag层和FeMnCrNi层，一个调制周期的Ag层和FeMnCrNi层的厚度相同，各调制周期的Ag层和FeMnCrNi层的厚度梯度递增。
2.根据权利要求1所述的一种梯度结构Ag/FeMnCrNi复合材料，其特征在于，所述梯度结构Ag/FeMnCrNi层状复合材料的Ag层为晶体，晶粒形貌分别为柱状晶，所述FeMnCrNi层为FCC结构；
3.根据权利要求1所述的一种梯度结构Ag/FeMnCrNi复合材料，其特征在于，所述Ag/FeMnCrNi复合材料的厚度为1.4μm-1.5μm，硬度为2.92GPa～3.46GPa。
4.一种权利要求1-3任一项所述的一种梯度结构Ag/FeMnCrNi复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种梯度结构Ag/FeMnCrNi复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中基体清洗并去除表面的氧化膜的方法如下：
6.根据权利要求4所述的一种梯度结构Ag/FeMnCrNi复合材料的制备方法，其特
7.根据权利要求4所述的一种梯度结构Ag/FeMnCrNi复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述Ag靶和FeMnCrNi靶均采用直流电源，功率为200W，沉积气压0.7Pa，磁控溅射共溅射沉积过程中硅基体转速15r/min。
8.根据权利要求4所述的一种梯度结构Ag/FeMnCrNi复合材料的制备方法，其特征在于，所述FeMnCrNi靶材原子比为：30.43at.％，Fe-20.46at.％，Mn-22.29at.％，Cr-26.82at.％Ni。
...【技术特征摘要】
1.一种梯度结构ag/femncrni复合材料，其特征在于，包括交替设置的ag层和femncrni层，一个调制周期的ag层和femncrni层的厚度相同，各调制周期的ag层和femncrni层的厚度梯度递增。
2.根据权利要求1所述的一种梯度结构ag/femncrni复合材料，其特征在于，所述梯度结构ag/femncrni层状复合材料的ag层为晶体，晶粒形貌分别为柱状晶，所述femncrni层为fcc结构；
3.根据权利要求1所述的一种梯度结构ag/femncrni复合材料，其特征在于，所述ag/femncrni复合材料的厚度为1.4μm-1.5μm，硬度为2.92gpa～3.46gpa。
4.一种权利要求1-3任一项所述的一种梯度结构ag/femncrni复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：张金钰，艾冰艳，王亚强，刘刚，孙军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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