TWI448559B - 金屬玻璃鍍膜在鋁合金耐疲勞性質提升之應用 - Google Patents

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Description

金屬玻璃鍍膜在鋁合金耐疲勞性質提升之應用
本發明係關於一種鍍有鋯基或鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之基板及其製備方法，尤指一種鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板與鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板及其製備方法。
鋁合金由於具有重量輕、耐腐蝕等優點，因此可應用於許多地方。例如，7075-T6為航空用高強度鋁合金，廣泛應用於飛機結構上，如機翼和機身。由於飛機在起降的過程中受到大氣壓力的影響，必須要經常性的增壓、減壓，容易使機體產生疲勞裂隙(Fatigue Crack)，而此些裂隙容易集中應力，因此最終造成疲勞破壞。疲勞裂隙的發生主要可分成三個階段：裂隙起始(Crack Initiation)、裂隙成長(Crack Propagation)、以及快速破裂(Final Fast Fracture)。疲勞裂隙起始機制可分為滑移帶起始機制與晶界起始機制。其係由於材料受到週期性疲勞負載，使得材料內部原子差排滑移而形成滑移帶，滑移帶作用形成凹入(intrusion)或凸出(extrusion)，因此於材料表面和晶界形成裂隙。
因此，如何抑制滑移帶的凸出，達到延遲疲勞裂隙起始與成長的時間來提升鋁合金的疲勞性質，則成為一個重要的課題。故，本領域亟需一種新穎的鍍膜材料，使可提升基板的機械性質、疲勞性質，並同時具有優秀的硬度、楊氏係數、疲勞限、疲勞壽命、及粗糙度等特性。
藉此，本發明提供了一種鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板，包括：一基板，該基板係一鋁合金基板；以及一鋯基金屬玻璃鍍膜，該鋯基金屬玻璃鍍膜係配置於該基板之表面，且該鋯基金屬玻璃鍍膜之組成係如式1所示，
[式1]
(Zra Cub Nic Ald )100-x Six ，
其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板係改善了原本無鍍合金鍍膜之鋁合金基板的各種特性，例如改善了鋁合金基板的疲勞壽命、表面粗糙度、硬度等，藉此可提升鋁合金基板的使用壽命。因此，本發明之技術可應用到航空製造、造船業、汽車工業、自行車工業等領域，以提升各種交通工具之耐用性，更可應用到其他需要高疲勞性之裝置上，幫助提升裝置使用壽命等性質。
金屬玻璃(amorphous metals)是指金屬原子之排列方式缺乏連續規則性的長程排列，而僅以間斷短程有序方式排列。金屬玻璃又稱為液態金屬(liquid metals)或非結晶金屬(non-crystalline metals)，又因為這種缺乏連續規則性長程排列的規則性的特質與玻璃之結構相似，所以又被稱為玻璃化金屬(glassy metals)或金屬玻璃(metallic glass)。當合金液由高溫緩慢冷卻凝固時，通常會形成具連續規則性長程排列的結晶固體，但若是以極快的冷卻速率(約106~1010K/sec)冷卻，則可生成無序原子排列的金屬玻璃合金。且因為這種特殊的金屬玻璃結構，使金屬玻璃合金在低角度(2θ=30~50度)的X-ray繞射圖下具有一寬廣的繞射峰，故有別於結晶物體的繞射峰圖。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該[式1]較佳可為(Zr53 Cu30 Ni9 Al8 )99.5 Si0.5 。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之表面粗糙度較佳可為3.5nm-5.5nm，例如4.5nm。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板經彎曲疲勞度測驗，當使用300Mpa之應力值時，疲勞壽命較佳可為1x105 -5x106 次，例如5x105 次。當使用250Mpa之應力值時，疲勞壽命較佳可為1x106 -1x107 次，例如5x106 。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之疲勞壽命較佳可為該鋁合金基板之10-30倍，例如22倍。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之疲勞限較佳可為200Mpa-300Mpa，例如235Mpa。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鋯基金屬玻璃鍍膜之厚度較佳可為100nm-500nm，例如200nm、300nm、或400nm等。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鋯基金屬玻璃鍍膜與該基板之間較佳可更包括一緩衝層，該緩衝層之材料較佳可為鈦。緩衝層之厚度例如可為50nm，可用於加強基板與鋯基金屬玻璃鍍膜之附著性。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該基板較佳可為7075-T6鋁合金基板。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之硬度值較佳可為3.5GPa-5.5GPa，例如4.5GPa。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之楊氏係數較佳可為80GPa-100GPa，例如90GPa。
本發明之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鋯基金屬玻璃鍍膜的附著力較佳為60-70N，例如66N。附著力越高表示附著性質越好，薄膜越不容易剝落。若沒更足夠的附著性來保證鍍膜在疲勞測試過程中仍然能夠繼續存在，那麼鍍膜的應用及其機械性質均無法完全展現，因此評估鍍膜與基材之附著性成為鍍膜評估的重要依據。
本發明另提供一種鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板，包括：一基板，該基板係一鋁合金基板；以及一鋯銅基金屬玻璃鍍膜，該鋯銅基金屬玻璃鍍膜係配置於該基板之表面，且該鋯銅基金屬玻璃鍍膜之組成係如式2所示，
[式2]
(Zre Cuf Alg Agh )100-y Siy ，
35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板係改善了原本無鍍合金鍍膜之鋁合金基板的各種特性，例如改善了鋁合金基板的疲勞壽命、表面粗糙度、硬度等，藉此可提升鋁合金基板的使用壽命。因此，本發明之技術可應用到航空製造、造船業、汽車工業、自行車工業等領域，以提升各種交通工具之耐用性，更可應用到其他需要高疲勞性之裝置上，幫助提升裝置使用壽命等性質。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該[式2]較佳可為(Zr42 Cu42 Al8 Ag8 )99.5 Si0.5 。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之表面粗糙度較佳可為3nm-5nm，例如4nm。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板經彎曲疲勞度測驗，當使用300Mpa之應力值時，疲勞壽命較佳可為1.2x105 -1.2x107 次，例如1.2x106 次。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板經彎曲疲勞度測驗，當使用250Mpa之應力值時，疲勞壽命較佳可為1x106 -1x109 次，更佳可為1x106 -1x108 次，例如>107 次。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之疲勞壽命較佳可為該鋁合金基板之30-50倍，例如45倍。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之疲勞限較佳可為200Mpa-300Mpa，例如250Mpa。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鋯銅基金屬玻璃鍍膜之厚度較佳可為100nm-500nm，例如200nm、300nm、或400nm等。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鋯銅基金屬玻璃鍍膜與該基板之間較佳可更包括一緩衝層，該緩衝層之材料較佳可為鈦。緩衝層之厚度例如可為50nm，可用於加強基板與鋯銅基金屬玻璃鍍膜之附著性。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該基板較佳可為7075-T6鋁合金基板。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之硬度值較佳可為4GPa-6GPa，例如5GPa。
本發明之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之楊氏係數較佳可為85GPa-105GPa，例如97GPa。
本發明更提供一種濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法，包括步驟：(A)提供一鋯基金屬玻璃靶材，該鋯基金屬玻璃靶材之組成係如式1所示；以及(B)以該鋯基金屬玻璃靶材作為陰極，濺鍍一鋯基金屬玻璃鍍膜於一基板表面，該基板係一鋁合金基板；其中，
[式1]
(Zra Cub Nic Ald )100-x Six ，
其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10。
以本發明之方法所製備得到之鋯基金屬玻璃鍍膜之基板可改善原本無鍍合金鍍膜之鋁合金基板的各種特性，例如改善了鋁合金基板的疲勞壽命、表面粗糙度、硬度等，藉此可提升鋁合金基板的使用壽命。因此，本發明之技術可應用到航空製造、造船業、汽車工業、自行車工業等領域，以提升各種交通工具之耐用性，更可應用到其他需要高疲勞性之裝置上，幫助提升裝置使用壽命等性質。
本發明之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法中，該[式1]較佳可為(Zr53 Cu30 Ni9 Al8 )99.5 Si0.5 。
本發明之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法中，該鋯基金屬玻璃靶材較佳可經由以下步驟製得：(A1)將如式1(或式2)所示之組成之合金原料經熔煉形成一鑄錠(ingot)；以及(A2)將該鑄錠進行真空吸鑄，以形成一鋯基金屬玻璃靶材。
本發明之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法中，該步驟(B)中，該基板較佳可為7075-T6鋁合金基板。
本發明之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法中，該步驟(B)中，該鋯基金屬玻璃鍍膜之厚度較佳可為100nm-500nm，例如200nm、300nm、或400nm等。
本發明之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法中，該基板係預先經由表面處理，該表面處理較佳可包括選自由：研磨、電解拋光、及其組合所組成之群組。
本發明之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法中，該步驟(B)中，該濺鍍步驟係於一氣體壓力較佳可為1x10-4 Pa-1x10-2 Pa之條件下進行，例如10-3 Pa。
本發明之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法中，該步驟(B)中，該濺鍍步驟較佳可於一惰性氣體或氮氣環境中進行，惰性氣體例如可為氦氣、氖氣、或氬氣等。
本發明之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之硬度值較佳可為3.5GPa-5.5GPa，例如4.5GPa。
本發明之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之楊氏係數較佳可為80GPa-100GPa，例如90GPa。
本發明再提供一種濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法，包括步驟：(A)提供一鋯銅基金屬玻璃靶材，該鋯銅基金屬玻璃靶材之組成係如式2(或式1)所示；以及(B)以該鋯銅基金屬玻璃靶材作為陰極，濺鍍一鋯銅基金屬玻璃鍍膜於一基板表面，該基板係一鋁合金基板；其中，
[式2]
(Zre Cuf Alg Agh )100-y Siy ，
35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
以本發明之方法所製備得到之鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板可改善原本無鍍合金鍍膜之鋁合金基板的各種特性，例如改善了鋁合金基板的疲勞壽命、表面粗糙度、硬度等，藉此可提升鋁合金基板的使用壽命。因此，本發明之技術可應用到航空製造、造船業、汽車工業、自行車工業等領域，以提升各種交通工具之耐用性，更可應用到其他需要高疲勞性之裝置上，幫助提升裝置使用壽命等性質。
本發明之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法中，該[式2]較佳可為(Zr42 Cu42 Al8 Ag8 )99.5 Si0.5 。
本發明之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法，其中，該鋯銅基金屬玻璃靶材較佳可經由以下步驟製得：(A1)將如式2(或式1)所示之組成之合金原料經熔煉形成一鑄錠(ingot)；以及(A2)將該鑄錠進行真空吸鑄，以形成一鋯銅基金屬玻璃靶材。
本發明之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法中，該步驟(A1)中，該熔煉較佳可為電弧熔煉。
本發明之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法中，該步驟(B)中，該基板較佳可為7075-T6鋁合金基板。
本發明之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法中，該步驟(B)中，該鋯銅基金屬玻璃鍍膜之厚度較佳可為100nm-500nm，例如200nm、300nm、或400nm等。
本發明之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法中，該基板係預先經由表面處理，該表面處理較佳可為包括選自由：研磨、電解拋光、及其組合所組成之群組。
本發明之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法中，該步驟(B)中，該濺鍍步驟較佳可於一氣體壓力為1x10-4 Pa-1x10-2 Pa之條件下進行，例如10-3 Pa。
本發明之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法中，該步驟(B)中，該濺鍍步驟較佳可於一惰性氣體或氮氣環境中進行，惰性氣體例如可為氦氣、氖氣、或氬氣等。
本發明之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之硬度值較佳可為4GPa-6GPa，例如5GPa。
本發明之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之楊氏係數較佳可為85GPa-105GPa，例如97GPa。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。下列特定具體實施例僅解釋為說明性，無論以任何方式皆不限制本揭示之其餘者。對本發明中配方的形式與細節之省略、修飾、減損、與改變，在不背離本發明之精神與範疇下，均可由熟習本項技藝者加以進行。
[實施例1]　鋯基金屬玻璃((Zr53 Cu30 Ni9 Al8 )99.5 Si0.5 )鍍膜基板之製備
1.靶材之製備
將合金原料按照組成比例((Zr53 Cu30 Ni9 Al8 )99.5 Si0.5 )配製後，將合金原料在氬氣保護氣氛下(分壓約為200 torrs)以電弧熔煉的方式(氬焊機廠牌型號：Lincoln electric INVERTEC V450-PRO)，進行合金熔煉形成圓形鑄錠(ingot)。
將熔煉完成之鑄錠表面進行清潔(例如，以噴砂機將氧化層去除，並將鑄錠放入裝有酒精的燒杯內，以超音波震盪清潔表面殘留物)，並將完成清潔後之鑄錠放入真空吸鑄熔煉爐中，在高純度氬氣的保護下進行真空吸鑄，並搭配恆溫控制系統控制銅模溫度，快速冷卻後得到一金屬玻璃合金板。接著，利用線切割(Wire-Cut EDM)將合金板切割成直徑約為2吋的大小的靶材，即完成本實施例的金屬玻璃合金靶材之製備。
2.　濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜
2-1.鋁合金基板的前處理
取7075-T6鋁合金基板，以砂紙進行研磨表面處理。須注意的是，所使用的砂紙的順序，必須為號數由小至大，例如從1000號研磨到4000號砂紙。在此，鋁合金基板可為習知任何種類之鋁合金基板，不限於7075-T6鋁合金基板。接著，再將試片施以電解拋光(electrolytic polishing)處理。電解拋光液的配方為：CH3 COOH 78ml +HClO4 22ml+Al(powder) 0.4g。電解拋光時，將基板放置於正極(+)，以一不鏽鋼板作為負極(-)。由於電解液溫度需小於45℃，因此在此係以恆溫控制系統控制電解液溫度。電解拋光係使用直流電解拋光機進行，電流密度為5A/dm2 ，工作電壓為50V，工作時間為30秒。
2-2.　緩衝層的形成
為了增加薄膜與鋁合金基板的附著力，必須先在基板表面鍍上一層厚度約為50nm的緩衝層，緩衝層之材料主要為金屬鈦。
2-3.　濺鍍
以金屬玻璃靶材為陰極，被鍍物基板作為陽極，以直流磁控濺鍍機(DC Magnetron Sputter)來製備本實施例之金屬玻璃薄膜。將濺鍍機腔體抽至真空度為10-3 Pa，充入氬氣氣體並施加直流高電壓進行濺鍍，在基板之緩衝層表面鍍上一層鋯基金屬玻璃鍍膜((Zr53 Cu30 Ni9 Al8 )99.5 Si0.5 )，其厚度為200nm，則完成本實施例之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板。
[實施例2]鋯銅基金屬玻璃((Zr42 Cu42 Al8 Ag8 )99.5 Si0.5 )鍍膜基板之製備
首先，除了需將組成比例改為((Zr42 Cu42 Al8 Ag8 )99.5 Si0.5 )以外，以如同實施例1中步驟1.靶材之製備中所描述的相同方法製備鋯銅基金屬玻璃靶材。
接著，取7075-T6鋁合金基板，以如同實施例1中步驟2.　所描述的相同方法，使用本實施例之鋯銅基金屬玻璃靶材進行濺鍍，而得到本實施例之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板。
[測試例1]能量分散質譜儀(Energy dispersive spectrometry,EDS)分析
取實施例1、2之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板、鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板分別進行能量分散質譜儀分析，分析其表面金屬玻璃合金鍍膜之成份，所得到的結果如下表1所示。
其中，由於矽含量只有0.5 at.%，因為含量過少使EDS偵測不到矽元素，但其他元素如鋯元素、鋁元素、銅元素、鎳元素、銀元素所測得之結果皆在合理範圍之內。
[測試例2]X光繞射分析(XRD)
利用X光繞射儀(Shimadzu XRD-6000)低角度繞射，鑑定薄膜之晶體結構與特性。其中，X光繞射之散射角2θ範圍從20度至80度，掃描速率為4°/min。
圖1為實施例1之鋯基金屬玻璃鍍膜之X光繞射分析結果圖；以及圖2為實施例2之鋯銅基金屬玻璃鍍膜之X光繞射分析結果圖。由圖中可看到，實施例1、2之金屬玻璃合金鍍膜皆呈現金屬玻璃狀態，沒有特別尖銳(sharp)的繞射峰。
金屬玻璃(amorphous metals)是指金屬原子之排列方式缺乏連續規則性的長程排列，而僅以間斷短程有序方式排列。金屬玻璃又稱為液態金屬(liquid metals)或非結晶金屬(non-crystalline metals)，又因為這種缺乏連續規則性長程排列的規則性的特質與玻璃之結構相似，所以又被稱為玻璃化金屬(glassy metals)或金屬玻璃(metallic glass)。當合金液由高溫緩慢冷卻凝固時，通常會形成具連續規則性長程排列的結晶固體，但若是以極快的冷卻速率(約106~1010K/sec)冷卻，則可生成無序原子排列的金屬玻璃合金。且因為這種特殊的金屬玻璃結構，使金屬玻璃合金在低角度(2θ=30~50度)的X-ray繞射圖下具有一寬廣的繞射峰，故有別於結晶物體的繞射峰圖。
本測試例透過X光繞射分析證實出實施例1、2之金屬玻璃合金鍍膜皆呈現金屬玻璃狀態。
[測試例3]　薄膜刮痕附著力試驗
刮痕附著力試驗是很重要的測試，對於任何鍍膜之應用而言，最重要的性質即為其與基材之間的附著性(adhesion)，因為若沒更足夠的附著性來保證鍍膜在疲勞測試過程中仍然能夠繼續存在，那麼鍍膜的應用及其機械性質均無法完全展現，因此評估鍍膜與基材之附著性成為鍍膜評估的重要依據。
於本測試例中，係取用實施例1、2之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板、鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板，測試合金鍍膜與基板之間的附著力。附著力之取得方法係經由：透過薄膜刮痕測試得到曲線圖，將摩擦力數據平滑化(smoothing)後，取一次微分(differentiate)，其最大值所對應的負載值就是破壞薄膜所需的力(即，臨界荷重：Lc )。
本測試例中，測試結果經由計算後，所得到實施例1、2之鋯基金屬玻璃鍍膜、以及鋯銅基金屬玻璃鍍膜的附著力分別為66N與90N。藉此可看出，本發明之鋯銅基薄膜附著力高於鋯基薄膜，而附著力越高表示附著性質越好，薄膜越不容易剝落。
[測試例4]　原子力顯微鏡表面分析(AFM)
取實施例1、2之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板、鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板；以及經電解拋光但未鍍有金屬玻璃合金鍍膜之基板(對照組)進行測量。
經原子力顯微鏡掃描分析的結果，可得到經電解拋光但未鍍金屬玻璃合金鍍膜之基板表面粗糙度為6.3nm，而實施例1之鋯基合金鍍膜之基板與鋯銅基合金鍍膜之基板的表面粗糙度分別為4.5nm與4.1nm。透過本發明的金屬玻璃合金鍍膜處理，可使基板表面粗糙度降低、刮痕減少，同時也減少了裂隙在試片表面起始的位置，因此鍍有鋯基與鋯銅基鍍膜之基板的疲勞性質可有效地獲得改善。
[測試例5]　奈米壓痕技術量測(Nano-indentation test)
取實施例1、2之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板、鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板；以及經電解拋光但未鍍有金屬玻璃合金鍍膜之基板(對照組)進行測量。
本測試例採用奈米壓痕測試儀(Nanoindenter,TriboLab,Hysitron,USA)做測試，壓痕深度不超過膜厚的1/10，於鍍膜上均勻施打十點，所得數據經取平均值後得到薄膜之硬度值。
藉由上數方式量測，可以得到實施例1、2之鋯基、鋯銅基金屬玻璃合金鍍膜之硬度值分別為4.5GPa與5GPa，且楊氏係數分別為90GPa與97GPa。然而未鍍金屬玻璃合金鍍膜之基板的硬度值約1.7GPa、楊氏係數為72GPa。由此可得知，透過本發明的金屬玻璃合金鍍膜處理，可使基板的楊氏係數、及硬度提升。
[測試例6]　四點彎曲疲勞試驗
本測試例利用材料試驗機(Material Test System,MTS-858 Mini Bionix II)，根據ASTM C1161-02c標準對實施例1、2之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板、鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板、以及經電解拋光但未鍍有金屬玻璃合金鍍膜之基板(對照組)進行四點彎曲疲勞測試，以得到其在不同應力值下的疲勞壽命。
所得到之結果如下。當應力值為300MPa時，未鍍膜的基板的疲勞壽命為7.5x104 次，實施例1之鍍有鋯基合金鍍膜之基板為5x105 次，實施例2之鍍有鋯銅基合金鍍膜之基板為1.2x106 次。如此可看出經由本發明的金屬玻璃合金鍍膜處理，可使基板的疲勞壽命增加。此外，隨著測試使用應力值條件降低，所觀察到的疲勞壽命增加的幅度更為明顯。例如，在250MPa的應力下，未鍍膜的基板的疲勞壽命為2.2x105 次，實施例1之鍍有鋯基合金鍍膜之基板為5.0x106 次，實施例2之鍍有鋯銅基合金鍍膜之基板為>107 次。因此，鍍了鋯基合金鍍膜以及鋯銅基合金鍍膜可使疲勞壽命分別提升22倍與45倍。
綜上所述，以本發明之方法所製備得到之金屬玻璃鋯基及/或鋯銅基合金鍍膜之基板可改善原本無鍍合金鍍膜之鋁合金基板的各種特性，例如改善了鋁合金基板的疲勞壽命、表面粗糙度、硬度等，藉此可提升鋁合金基板的使用壽命。因此，本發明之技術可應用到航空製造、造船業、汽車工業、自行車工業等領域，以提升各種交通工具之耐用性，更可應用到其他需要高疲勞性之裝置上，幫助提升裝置使用壽命等性質。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
圖1為本發明實施例1之鋯基金屬玻璃鍍膜之X光繞射分析結果圖；以及圖2為本發明實施例2之鋯銅基金屬玻璃鍍膜之X光繞射分析結果圖。

Claims (24)

  1. 一種鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板，包括：一基板，該基板係一鋁合金基板；以及一鋯基金屬玻璃鍍膜，該鋯基金屬玻璃鍍膜係配置於該基板之表面，其中該鋯基金屬玻璃鍍膜之厚度係100nm-500nm，且該鋯基金屬玻璃鍍膜之組成係如式1所示，[式1](Zra Cub Nic Ald )100-x Six ，其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之表面粗糙度係3.5nm-5.5nm。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板經彎曲疲勞度測驗，當使用250Mpa之應力值時，疲勞壽命係1x106 -1x107 次。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之疲勞限為200Mpa-300Mpa。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之硬度值為3.5GPa-5.5GPa。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之楊氏係數為80GPa-100GPa。
  7. 一種鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板，包括：一基板，該基板係一鋁合金基板；以及一鋯銅基金屬玻璃鍍膜，該鋯銅基金屬玻璃鍍膜係配置於該基板之表面，且該鋯銅基金屬玻璃鍍膜之組成係如式2所示，[式2](Zre Cuf Alg Agh )100-y Siy ，35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之表面粗糙度係3nm-5nm。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板經彎曲疲勞度測驗，當使用250Mpa之應力值時，疲勞壽命係1x106 -1x109 次。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之疲勞限為200Mpa-300Mpa。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鋯銅基金屬玻璃鍍膜之厚度係100nm-500nm。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之硬度值為4GPa-6GPa。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板，其中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之楊氏係數為85GPa-105GPa。
  14. 一種濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法，包括步驟：甲、提供一鋯基金屬玻璃靶材，該鋯基金屬玻璃靶材之組成係如式1所示；以及乙、以該鋯基金屬玻璃靶材作為陰極，濺鍍一鋯基金屬玻璃鍍膜於一基板表面，該基板係一鋁合金基板，其中該鋯基金屬玻璃鍍膜之厚度係100nm-500nm；其中，[式1](Zra Cub Nic Ald )100-x Six ，其中，45=<a=<75，25=<b=<35，5=<c=<15，5=<d=<15，0.1=<x=<10。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法，其中，該鋯基金屬玻璃靶材係經由以下步驟製得： (A1)將如式1所示之組成之合金原料經熔煉形成一鑄錠(ingot)；以及(A2)將該鑄錠進行真空吸鑄，以形成一鋯基金屬玻璃靶材。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法，其中，該步驟(B)中，該濺鍍步驟係於一氣體壓力為1x10-4 Pa-1x10-2 Pa之條件下進行。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法，其中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之硬度值為3.5GPa-5.5GPa。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之濺鍍鋯基金屬玻璃鍍膜之方法，其中，該鍍有鋯基金屬玻璃鍍膜之基板之楊氏係數為80GPa-100GPa。
  19. 一種濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法，包括步驟：甲、提供一鋯銅基金屬玻璃靶材，該鋯銅基金屬玻璃靶材之組成係如式2所示；以及乙、以該鋯銅基金屬玻璃靶材作為陰極，濺鍍一鋯銅基金屬玻璃鍍膜於一基板表面，該基板係一鋁合金基板；其中，[式2](Zre Cuf Alg Agh )100-y Siy ，35=<e=<55，35=<f=<55，5=<g=<15，5=<h=<15，0.1=<y=<10。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法，其中，該鋯銅基金屬玻璃靶材係經由以下步驟製得：(A1)將如式2所示之組成之合金原料經熔煉形成一鑄錠(ingot)；以及(A2)將該鑄錠進行真空吸鑄，以形成一鋯銅基金屬玻璃靶材。
  21. 如申請專利範圍第6項所述之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法，其中，該步驟(B)中，該鋯銅基金屬玻璃鍍膜之厚度係100nm-500nm。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法，其中，該步驟(B)中，該濺鍍步驟係於一氣體壓力為1x10-4 Pa-1x10-2 Pa之條件下進行。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法，其中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之硬度值為4GPa-6GPa。
  24. 如申請專利範圍第19項所述之濺鍍鋯銅基金屬玻璃鍍膜之方法，其中，該鍍有鋯銅基金屬玻璃鍍膜之基板之楊氏係數為85GPa-105GPa。
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