粉末冶金W/Re合金靶材的显微结构及磁控溅射沉积性能

为了研制高品质W/Re合金靶材,采用机械混料、压制成形和真空烧结致密化工艺路线制备了纯钨及铼含量分别为1%、5%、10%(质量分数)的钨/铼(W/Re)合金,测试了W/Re合金的致密度、晶粒度及晶粒取向、磁控溅射沉积等性能。研究表明,W/Re合金致密度及纯度均随Re含量增加而逐渐提高,而晶粒逐渐细化。W/10%Re合金靶材晶粒尺寸主要介于10~40μm之间,W/Re合金晶粒随机分布,并未出现明显的择优取向,且其中小角度晶界(<10o)达85%以上,非常适用于磁控溅射镀膜。随着磁控溅射沉积压力的提高,W/Re合金薄膜的晶粒尺寸逐渐细化,镀膜表面平整程度逐渐提高,薄膜的厚度呈逐渐增加的趋势。镀膜在40.5o、58.6o、73.5o附近出现分别属(110)、(200)和(211)晶面的衍射峰,且随着沉积压力的升高,(110)晶面衍射峰逐渐减弱,而(200)晶面衍射峰则稍有增强。纯W靶材由于致密度及纯度偏低,而且晶粒较粗大,无法磁控溅射出完整理想的薄膜。     

真空室压力对低压等离子喷涂成形钨靶材显微组织及性能的影响

采用低压等离子喷涂成形技术制备片状及回转体钨靶材,分析真空室压力对钨靶材致密度、氧质量分数、微观结构、显微硬度及抗拉强度等性能的影响,并对片状钨靶材的磁控溅射镀膜进行研究。结果表明:随着真空室压力由1.3×104Pa增大至3.9×104Pa,钨粉充分熔化铺展,未熔W颗粒减少,钨靶材氧含量稍有提高,致密度,显微硬度和抗拉强度分别增大至97.2%,377.8HV0.025及201.1MPa。然而,当真空室压力进一步增大至6.5×104Pa后,钨靶材层片结合界面形成絮状的W3O夹杂层,氧含量增大至0.71%,其各项性能反而有所降低。低压等离子喷涂成形片状钨靶材(3.9×104Pa真空室压力)可磁控溅射沉积出平整、致密、连续的钨薄膜,镀膜厚度约为300nm。XRD结果表明,钨薄膜为体心立方结构,沿(110)方向择优生长。磁控溅射离子的均匀轰击导致钨靶材表面快速溅射及均匀减薄,溅射表面及截面较为平整、光滑,溅射凹坑接近纳米级。     

超音速火焰喷涂TiB2-50Ni复合涂层的高温摩擦磨损性能

目的 研究环境温度对Ni质量分数为50%的TiB2-Ni复合涂层摩擦磨损性能的影响。方法 选用“壳核型”Ni包覆TiB2复合粉末,通过超音速火焰喷涂（HVOF）在304不锈钢基材表面制备TiB2-50Ni金属陶瓷复合涂层。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了粉末、涂层与摩擦磨损表面的显微结构和物相组成,并研究了TiB2-50Ni涂层和304不锈钢基材的高温摩擦磨损性能。结果 HVOF制备的复合涂层截面呈现明显的层片结构,涂层厚度、孔隙率、显微硬度、表面平均粗糙度及界面平均结合强度分别约300.8 μm、2.3%、766.1HV、2.3 μm及22.6 MPa。高温环境下,304不锈钢基材摩擦系数波动大,且随环境温度升高,其磨损率急剧增加,而TiB2-50Ni涂层的摩擦系数及磨损率波动较小。当环境温度达600 ℃时,涂层磨损率为(2.73±0.01)×10–5 mm3/(N?m),约为304不锈钢基材磨损率（(11.07±0.01)×10–5 mm3/(N?m)）的1/4。高温环境下,TiB2-50Ni涂层的磨损机理是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。结论 HVOF所制备TiB2-50Ni复合涂层受摩擦环境温度影响较小,具有优异的耐高温摩擦磨损性能。