化学气相沉积法制备钨耐磨导电涂层工艺及应用研究

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1、摘要摘要难熔金属钨及其合金因具有良好的导热、导电性能，膨胀系数低、高温强度高、低蒸汽压和耐磨、耐腐蚀等特性而在冶金、电子、航空和宇航工业、核工业以及化学工业等领域有着广泛的应用。本课题主要研究化学气相沉积工艺对沉积钨涂层的组织、结构、表面光洁平整度的影响，以及涂层组织结构、厚度及形貌对导涂层耐磨性的影响。并以此为基础开展用化学气相沉积法在紫铜及铜合金导电嘴内壁沉积钨涂层的应用研究，通过对化学气相沉积工艺参数的优化，获得表面光洁平整、厚度均一，致密度高的钨沉积层制备工艺及方法。并开展制备化学气相沉积钨涂层在复合导电嘴制备中应用研究。采用化学气相

2、沉积法，在500℃"-"900℃均能沉积出钨涂层。沉积层组织结构受沉积温度和反应中盯6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。同时，密度和硬度逐渐降低，表面粗糙度下降，表面质量严重恶化，涂层的耐磨性逐渐降低。沉积温度及反应气体成分配比变化对于沉积膜层成分影响不大，反应气体成分变化对钨涂层的表面质量的影响没有温度的影响大，但涂层的耐磨性随氢气含量的增加逐渐降低。在不同工艺参数下，均可以获得具有高纯度的钨沉积层。综合考虑以上因素，在铜和铜合金基体上沉积钨涂层的最佳工艺参数是：沉积温

3、度为600。C，反应气体成分配比应为WF6：H2=29／min-1"--"2L／min。在此工艺条件下，化学气相沉积方法制备钨涂层沉积速度可以达到2mm／h，WF6气体利用率在40％以上，沉积层有很高的纯度(>99．7％)和密度(>199／ern3)，沉积层的硬度可达500HV，沉积层厚度均匀、沉积层表面平整光滑，耐磨性能优异。目前，国内外使用的导电嘴基本上还是以铜或铜合金导电嘴为主，在新型导电嘴的研制过程中很难协调好导电导热性与高耐磨性之间的关系，效果都不是很理想。根据紫铜和钨独特的性能和化学气相沉积沉积钨涂层的工艺优势，在紫铜导电嘴内壁沉

4、积钨涂层可使得导电嘴的耐磨性大幅度地提高，同时外层的紫铜又有很好的导电导热性能，使得此种钨涂层复合导电嘴可以在满足使用性能的前提下提高导电嘴的使用寿命。铬锆铜基体的导电嘴在拉拔制备过程中使内孔表面恶化，实际使用中钨涂层的失效形式主要以突起、断裂、脱落为主，难以在市售的铬锆铜导电嘴基体上沉积出光滑平整的钨涂层。以紫铜为基体的导电嘴，其内壁光滑平整，可以在其内壁沉积出平整均匀致密的钨涂层，具有比较理想的沉积效果，磨损寿命是普通紫铜导电嘴的4～5倍。关键词化学气相沉积；钨；导电嘴ABSTRArTABSTRACTTungstenandtungsten

5、alloyhasexcellentconductivity,highthermalconductivity,lowvaporpressureandgoodcorrosive—abrasiveresistance．Ithasfoundwideapplicationsinmetallurgy,electron，aerospace，nuclearandchemistryindustry．Thisprojectstudiestheeffectofthetechnicsprincipleofchemicalvapordepositiononthetun

6、gstencoatinglayer’sstructureandsurfaceperformance．Theeffectofthestructure，thicknessandsurfaceappearanceonthewearabilityofcoatinglayershasbeenanalyzed．ThentheapplianceofdepositedtungstencoatingonthecopperandcopperalloybyCVDmethodhasbeenstudied．Throughoptimizingthetechnicsand

7、parameterofChemicalVaporDeposition，thebesttechnicstomadethetungstencoatingwhichhasglabrousandunknittedsurface，uniformthicknessandhighdensityhavebeenfound．Basingontheaboveresearch，theresearchoftheapplicationoftungstencoatingmadebyCVDmethodstocontactingnozzlehavebeenstudiedan

8、ddeveloped．TungstencoatinglayerCanbeobtainedfrom500。Cto900。CbyCVD．Thestructureofde