【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及表面防護涂層，具體涉及一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法。
技術(shù)介紹
1、空間核反應(yīng)堆電源是未來空間核動力系統(tǒng)的最重要組成部分，其通過熱離子能量轉(zhuǎn)換器可將核裂變熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，能夠有力保障未來空間任務(wù)大功率、長壽命的能源需求。發(fā)射極是熱離子能量轉(zhuǎn)換器中的核心元件，既作為核燃料防護包殼又作為表面熱電子發(fā)射材料。鎢具有高熔點、較高的真空功函數(shù)、低的熱中子吸收截面、優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等特點，是目前唯一應(yīng)用于空間核反應(yīng)堆發(fā)射極表面的涂層材料。
2、目前，發(fā)射極鎢涂層的主要制備技術(shù)為化學(xué)氣相沉積，但化學(xué)氣相沉積鎢涂層存在一些顯而易見的缺點，如涂層表面粗糙度大，制備工序繁雜，沉積溫度過高，環(huán)境污染嚴重等(參見文獻：顏彬游，宋久鵬，黃澤熙，林寶智，一種厚鎢涂層及其制備方法和面對等離子體部件，專利申請?zhí)枺篶n117660916a)。其他鎢涂層制備技術(shù)如噴涂(參見文獻：黃建軍，郭宗曉，王興立，王凡，應(yīng)用于核聚變裝置包層第一壁鎢復(fù)合涂層及其制備方法，專利申請?zhí)枺篶n115216720a)、熔鹽電沉積(參見文獻：席曉麗，秦文軒，馬立文，聶祚仁，張青華，一種熔鹽原位電沉積制備鎢涂層的方法，專利授權(quán)號：cn110528033b)等同樣存在涂層致密性差、表面粗糙度大、氧雜質(zhì)含量高等缺點。此外，上述幾種技術(shù)所制備鎢涂層往往為粗大的晶粒形態(tài)(數(shù)十微米)，在高溫服役環(huán)境下的抗熱沖擊性能有待提升。相比較而言，磁控濺射技術(shù)工藝流程簡單、低溫沉積對基體材料不產(chǎn)生額外的熱影響、環(huán)境友好，能夠獲得結(jié)構(gòu)致密、結(jié)合良好、表
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法。該方法采用磁控濺射方法制備發(fā)射極鎢涂層，該鎢涂層具有致密的柱狀納米晶結(jié)構(gòu)和極低的表面粗糙度，能夠保證其在高溫服役環(huán)境下的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且工藝簡單，無需后續(xù)處理，制備效率高，綠色無污染，解決發(fā)射極鎢涂層工藝存在的制備工序繁雜、效率低下、環(huán)境污染嚴重、涂層表面粗糙度過大等問題。
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，該鎢涂層采用磁控濺射法制備，具體過程為：將發(fā)射極工件預(yù)處理后放置于真空室中并預(yù)抽真空，然后通入惰性氣體，利用氣體離子反濺射清洗發(fā)射極工件表面，接著調(diào)節(jié)氣體氣壓，利用金屬離子轟擊清洗發(fā)射極工件表面，最后濺射沉積形成鎢涂層；所述鎢涂層呈現(xiàn)為致密的柱狀納米晶結(jié)構(gòu)，表面均勻光滑，與發(fā)射極工件基體結(jié)合良好。
3、上述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述發(fā)射極工件預(yù)處理的方法選自除油、除銹、噴砂、酸洗以及表面研磨、拋光。
4、上述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述預(yù)抽真空后的真空度為1.0×10-4pa～9.9×10-3pa。
5、上述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體來源于ar、he、ne氣，且惰性氣體的通入氣壓為1pa～10pa；所述利用氣體離子反濺射清洗發(fā)射極工件表面的工藝條件為：負偏壓600v～1000v，清洗時間5min～30min。
6、上述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)氣體氣壓為0.1pa～5pa。
7、上述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述利用金屬離子轟擊清洗發(fā)射極工件表面的工藝條件為：濺射電流0.2a～5a，負偏壓600v～1000v，清洗時間30s～10min。
8、上述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述濺射沉積形成鎢涂層的工藝條件為：氣壓0.1pa～5pa，濺射電流0.2a～5a，負偏壓0v～500v，沉積溫度25℃～500℃，沉積時間0.5h～10h。
9、上述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述鎢涂層中柱狀納米晶寬度為50nm～500nm。
10、上述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述鎢涂層表面粗糙度ra≤100nm。
11、上述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述鎢涂層的物相組成為α-w或/和β-w。
12、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
13、1、相較于常規(guī)發(fā)射極鎢涂層制備方法如化學(xué)氣相沉積、噴涂等，本專利技術(shù)首次采用磁控濺射方法制備發(fā)射極鎢涂層，該鎢涂層具有致密的柱狀納米晶結(jié)構(gòu)和極低的表面粗糙度，能夠保證其在高溫服役環(huán)境下的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
14、2、本專利技術(shù)采用的磁控濺射方法工藝簡單，無需后續(xù)表面加工處理，且基體材料適用范圍廣泛，制備效率高，綠色無污染。
15、3、本專利技術(shù)的制備方法通過精準調(diào)控氣壓、偏壓等沉積參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)鎢涂層物相組成的調(diào)控，以滿足不同的應(yīng)用需求，適用于電子工業(yè)、核工業(yè)等領(lǐng)域。
16、下面通過附圖和實施例對本專利技術(shù)的技術(shù)方案作進一步的詳細描述。
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1.一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，該鎢涂層采用磁控濺射法制備，具體過程為：將發(fā)射極工件預(yù)處理后放置于真空室中并預(yù)抽真空，然后通入惰性氣體，利用氣體離子反濺射清洗發(fā)射極工件表面，接著調(diào)節(jié)氣體氣壓，利用金屬離子轟擊清洗發(fā)射極工件表面，最后濺射沉積形成鎢涂層；所述鎢涂層呈現(xiàn)為致密的柱狀納米晶結(jié)構(gòu)，表面均勻光滑，與發(fā)射極工件基體結(jié)合良好。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述發(fā)射極工件預(yù)處理的方法選自除油、除銹、噴砂、酸洗以及表面研磨、拋光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述預(yù)抽真空后的真空度為1.0×10-4Pa～9.9×10-3Pa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體來源于Ar、He、Ne氣，且惰性氣體的通入氣壓為1Pa～10Pa；所述利用氣體離子反濺射清洗發(fā)射極工件表面的工藝條件為：負偏壓600V～1000V，清洗時間5min～30min。
5.根據(jù)權(quán)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述利用金屬離子轟擊清洗發(fā)射極工件表面的工藝條件為：濺射電流0.2A～5A，負偏壓600V～1000V，清洗時間30s～10min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述濺射沉積形成鎢涂層的工藝條件為：氣壓0.1Pa～5Pa，濺射電流0.2A～5A，負偏壓0V～500V，沉積溫度25℃～500℃，沉積時間0.5h～10h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述鎢涂層中柱狀納米晶寬度為50nm～500nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述鎢涂層表面粗糙度Ra≤100nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述鎢涂層的物相組成為α-W或/和β-W。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，該鎢涂層采用磁控濺射法制備，具體過程為：將發(fā)射極工件預(yù)處理后放置于真空室中并預(yù)抽真空，然后通入惰性氣體，利用氣體離子反濺射清洗發(fā)射極工件表面，接著調(diào)節(jié)氣體氣壓，利用金屬離子轟擊清洗發(fā)射極工件表面，最后濺射沉積形成鎢涂層；所述鎢涂層呈現(xiàn)為致密的柱狀納米晶結(jié)構(gòu)，表面均勻光滑，與發(fā)射極工件基體結(jié)合良好。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述發(fā)射極工件預(yù)處理的方法選自除油、除銹、噴砂、酸洗以及表面研磨、拋光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述預(yù)抽真空后的真空度為1.0×10-4pa～9.9×10-3pa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)射極表面超平滑納米晶鎢涂層的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體來源于ar、he、ne氣，且惰性氣體的通入氣壓為1pa～10pa；所述利用氣體離子反濺射清洗發(fā)射極工件表面的工藝條件為：負偏壓600v～1000v，清洗時間5min～30min。
5.根據(jù)權(quán)利要...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：武姣姣，王彥峰，耿娟娟，王赟，
申請(專利權(quán))人：西北有色金屬研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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