高性能钨基涂层的可控溅镀制备与工程应用前景

摘要

钨(W)是一种典型的难熔过渡族金属(VIB),具有高硬度、高熔点、高蠕变抗力、耐强酸腐蚀、优异的抗辐照和导电导热等物化特性,在核工业和国防工业中被广泛应用,但是块体粗晶W的本征脆性和高密度制约其工程可用性。作为一种沉积型表面纳米化技术,物理气相沉积(磁控溅射)可制备纳米晶W基涂层,突破其本征脆性和高密度的制约瓶颈,显著扩展W涂层的应用领域。通过小原子(C、N、B)掺杂可实现钨基涂层强韧化,高性能钨基涂层在提高基体表面硬度、耐蚀性、耐磨性及实现热光伏高温能量转换、集成电路金属互连等领域均具有潜在的应用价值。本报告基于钨材料特性和高离化等离子体辅助涂层(High Ionization Plasma Assisted Coating,简称HIPAC)技术优势,旨在探明HIPAC技术沉积高性能钨基涂层的生长机制、界面结构和强韧化机理,揭示其微观结构与本征性能(如承载力、强韧性、附着性等)之间的内在关系,对HIPAC技术溅镀宽厚域纳米晶W、W(N)、WC等钨基涂层可控制备和工程应用前景进行阶段性总结,有望在钨基硬质涂层强韧化技术领域取得开拓性成果,为我省乃至国内外高端精密工模具提质延寿提供强有力技术支撑,并为探索钨基纳米涂层在功能涂层领域的工程应用提供理论依据。

关键词