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钨及钨铼合金被广泛地应用于宇航、原子能、冶金、电子、石油化学等工业中。在难熔金属钨中加入铼形成钨铼合金,可以有效地提高材料的强度和塑性,使脆性转变温度降低,再结晶温度升高,并增加抗疲劳和热振动能力。
在本研究工作中,以六氟化钨、六氟化铼和氢气为源气体,采用化学气相沉积(CVD)法,制备了高质量的难熔金属钨及钨铼涂层。实验研究了钨及钨铼合金涂层成分、组织、结构和性能及工艺参数的影响,探讨了钨铼合金沉积机理。
采用热壁化学气相沉积法,在400℃-900℃均能沉积出钨涂层。沉积层组织结构受沉积温度和源气体中WF6与H2比例的影响。随沉积温度增加,源气体中氢气比例加大,沉积层显微组织由柱状晶向树枝晶及杂乱组织方向变化,使沉积层晶体生长择优取向减弱。沉积温度为550-650℃时,能获得表面光滑的高纯、致密钨沉积层。
工艺实验及实验结果分析发现,沉积温度是影响化学气相沉积钨铼合金沉积膜层成分、组织、结构的一个主要因素。在一个大气压下,制备W-Re合金沉积层的理想工艺温度范围在550℃至650℃之间。低于500℃,因沉积速度非常缓慢,所获得沉积膜层非常薄;沉积温度高于700℃,由于反应气体中ReF6在气相中与H2反应产生金属铼颗粒,后沉降到沉积基体生长表面阻碍沉积膜层生长,导致不能形成致密的钨铼合金沉积层。
反应气体成分配比是影响化学气相沉积钨铼合金沉积膜层成分、组织形态、结构的另一个主要因素。在沉积工艺温度范围内,随着反应气体中ReF6含量的增加,显微组织依次出现柱状晶、类似树枝晶组织、杂乱组织。膜层结构由钨铼固溶体向钨铼固溶体+钨铼间非平衡金属间化合物W0.80Re0.20膜层结构及钨铼固溶体+钨铼间非平衡金属间化合物W0.80Re020+纯铼颗粒膜层结构转变。
550℃-650℃温度范围内,改变反应源气体配比可以获得不同成分具有单相固溶体结构的沉积膜层。
化学气相沉积钨铼合金实验获得沉积层硬度与沉积层中铼含量及沉积层显微组织相关。随沉积层中铼含量的增加,钨铼合金沉积层硬度先增大后减小,在铼含量为12At%左右达最大。