摘要
本文分别研究了基底温度和原子通量/沉积功率对于Fe-Co-Ni-Cr-Mn高熵合金薄膜以及Co-Ni-V中熵合金薄膜的微结构和力学性能的影响，最后探索了通过界面强化/基底温度来调控Co-Ni-V中熵合金薄膜的力学性能。 所有的Fe-Co-Ni-Cr-Mn高熵合金薄膜都是柱状的生长方式，且为具有（111）面择优取向的fcc结构的固溶体相，随着基底温度上升，非晶相的含量下降且平均晶粒尺寸增大。293K薄膜展现出花椰菜状分级结构且带有一些空隙的边界，而随着基底温度升高至573K，这些边界逐渐消失。进一步升高基底温度，发生明显的晶粒长大，且伴随着增加的纳米柱子宽度和粗糙度。薄膜的通过纳米压痕测试获得的硬度H以及杨氏模量Es随着基底温度的上升经历了一个先增后减的过程，在基底温度Tsub=573K的时候达到最大值。前者的增加归因于界面结合力的增强，而后者的下降归因于由晶粒长大引起的弱化的晶界强化。含纳米晶和非晶相的纳米复合结构的573K的薄膜具有最高的H（～10.0GPa）和Es（～185.5GPa），且在报道的未经后期处理的Fe-Co-Ni-Cr-Mn高熵合金中硬度最高。在原位拉伸实验中，573K的薄膜相对比于293K和773K的薄膜，显示出更高的横向屈服强度（～1.1GPa），断裂强度（～1.4GPa）和杨氏模量（～64.3GPa），与纳米压痕结果一致。此外在Fe-Co-Ni-Cr-Mn薄膜中清楚地发现了垂直于表面和沿表面方向的各向异性机械响应，这是由于纳米柱的形态和与柱子本身相比较弱的柱子界面结合力引起的。 在中温Tsub=473K条件下，通过调节沉积功率，合成了一系列以纳米柱方式生长，具有不同微观结构的Co-Ni-V中熵合金薄膜。其生长方式取决于吸附原子的扩散和沉积速率之间的竞争作用。随着原子通量/沉积功率的增加，非晶相的分数经历了一个先增后减的过程，在240W时为一个转折点。而柱子宽度、表面颗粒尺寸等则经历相反的过程。表面扩散在低的沉积功率下占主导作用，而沉积速率在高的功率下占主导作用。随着原子通量的增加，持续的强化可以归咎于：在低的原子通量范围内不断增强的结合力以及减少的晶界分数；在高的原子通量范围内的非晶化效应。 在高的350W沉积速率下，通过提高基底温度到673K，进一步获得了良好结晶性且具有高密度堆垛层错纳米晶Co-Ni-V中熵合金薄膜，其具有高的硬度（9.5GPa）、屈服强度（4.0GPa）和压缩塑性（超过50％），超过中温下473K制备的完全非晶态的Co-Ni-V薄膜和大量已经报道的fcc结构合金。强化主要来自各种缺陷，包括纳米晶界和高密度堆垛层错，其可成为位错运动的强大障碍。此外，随着基底温度升高，界面之间结合力的增强也有助于提高纳米晶Co-Ni-V薄膜的强度/硬度。
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