CN116607121B - 一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法 - Google Patents
一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116607121B CN116607121B CN202310900954.7A CN202310900954A CN116607121B CN 116607121 B CN116607121 B CN 116607121B CN 202310900954 A CN202310900954 A CN 202310900954A CN 116607121 B CN116607121 B CN 116607121B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tungsten
- shaped structure
- special
- male die
- chemical vapor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical group [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 139
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 106
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 106
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 21
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- -1 tungsten halides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 25
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 4
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000009991 scouring Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
- C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
- C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
- C23C16/14—Deposition of only one other metal element
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明属于难熔金属加工成型技术领域，具体涉及一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法。所述制备方法包括：制作与目标异形结构钨部件内腔表面轮廓一致的凸模基体；采用化学气相沉积的方法在凸模基体上生长高纯钨，反应气体为钨的卤化物和H2；将化学气相沉积后的钨表面加工平整，然后进行表面除油清洗；再次采用化学气相沉积的方法在经表面处理后的钨上生长钨；循环往复上述过程直至沉积层达到目标异形结构钨部件的形状尺寸要求；剥离凸模基体，即得异形结构钨部件。该制备方法工艺简单、成品率高，可制备得到高纯度、高致密度的复杂内腔异形结构钨部件，且尺寸精度稳定可控。
Description
技术领域
本发明属于难熔金属加工成型技术领域，具体涉及一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法。
背景技术
难熔金属钨具有金属中最高的熔点，可达3410℃。在工业应用中，钨不仅表现出良好的导热性和低热膨胀性，还展现出优良的高温强度、抗烧损与抗冲刷能力、抗辐照性能等优点，已被广泛应用于航空航天、军工、电子和原子能等领域。其中，在航空航天领域，钨可用于制作无需冷却的火箭喷管、离子火箭发动机的离子环等零部件；在军工领域，钨及其复合材料可用于制造穿甲弹上的药型罩；在电子领域，钨可用于蓝宝石单晶炉的坩埚等；在原子能领域，钨可用于核聚变装置的真空室内壁和真空室底部的偏滤器，并被认为是核聚变装置中最具前景的面向等离子体材料的候选材料之一。在上述应用中，钨通常需要按需制成具有特定复杂内腔的异形钨部件。然而，由于钨的高硬度及固有的室温脆性，限制了异形钨及钨合金的加工和实际应用范围。因此，开发具有复杂内腔的异形结构钨部件的新型制备方法具有重要的实际意义。
目前，异形钨部件的制备方式主要有以下几种：（1）粉末冶金工艺。钨及钨合金最为传统的制备方法是制粉、压制成型及液相烧结。烧结的温度高、时间长、晶粒粗大，容易导致部件的变形与坍塌。中国专利（CN106801178A）对钨的传统的粉末冶金工艺进行改进，提出了在原料中加入少量的Ni、Fe或Cu，少量的稀土元素及少量的稀土氧化物，得到的材料具有晶粒度小、密度大、延性好、机械加工性能好等优点，但得到的钨合金部件形状简单，尺寸较小；（2）注射成型工艺。注射成型工艺是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域的一门近净成形技术。与粉末冶金技术相比，注射成型工艺可直接制备具有形状复杂、高尺寸精度、一致性好等优点的产品。中国专利（CN101774021A）公开了一种大尺寸复杂形状钨的制备方法，该方法只需加入不足5wt %的有机物，不需专门脱脂工序，工艺简单，生产成本低，但得到的钨部件纯度较低、致密度较差；（3）化学气相沉积工艺。化学气相沉积法多用铜作为基体，利用常压下气体良好的绕镀性和反应速度可控等特点，可以制备出高纯度、高致密度、厚度均匀且形状任意的钨部件。中国专利（CN1962935A）提出了一种高纯致密异形钨部件的制备方法，该方法先使用铜基体制作所需钨部件形状的仿体，经过化学气相沉积后切割打磨仿体，得到所需异形钨部件。而在实际应用中，只能进行简单形状的异形钨管的制备，并未提出复杂内腔异形钨部件的制备过程。综上所述，目前现有的异形钨部件制备方法，很难同时实现高纯度、高致密度、尺寸稳定可控、形状复杂的异形钨部件的制备。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法，通过使用特定多步化学气相沉积工艺，在高精度的凸模基体上获得具有柱状晶特征的钨制品，通过切磨或酸处理等工艺剥离基体后获得高致密度、高纯度的复杂内腔的异形钨部件。
具体地，本发明提供以下技术方案：
一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法，可部分参考图1，包括以下步骤：
（1）制作与目标异形结构钨部件内腔表面轮廓一致的凸模基体；
（2）采用化学气相沉积的方法在凸模基体上生长钨，反应气体为钨的卤化物和H2；
（3）将化学气相沉积后的钨表面加工平整，然后进行表面除油清洗；
（4）采用化学气相沉积的方法在步骤（3）表面处理后的钨上再次生长钨，反应气体为钨的卤化物和H2；
（5）循环往复步骤（3）和步骤（4），从而不断生长钨，直至沉积层达到目标异形结构钨部件的形状尺寸要求；
（6）剥离凸模基体，即得目标复杂内腔的异形结构钨部件。
作为优选，步骤（1）中，所述凸模基体的表面光洁度Ra≤3.2 μm。
作为优先，步骤（1）后，对所述凸模基体的尖角处进行倒圆角处理，圆角尺寸为R5mm以上。实验发现，本发明所述制备方法对凸模基体的尖角处倒圆角尺寸有一定要求，若小于R5mm，则所得钨部件在尖角处容易出现裂纹。
作为优选，步骤（1）中，所述凸模基体的材质选自不锈钢、铜、钼、钨、碳碳复合材料中的至少一种。
作为优选，步骤（2）和步骤（4）中，所述钨的卤化物与H2的纯度均≥99.99%。
作为优选，步骤（2）和步骤（4）中，所述钨的卤化物各自独立地选自WF6、WCl6、WBr6中的一种，更优选为WF6。
作为优选，步骤（2）中，生长高纯钨时的温度为400-550℃。
作为优选，步骤（2）中，生长钨晶体时的速率为0.1-0.5 mm/h，更优选时间为0.5~4.0 h。
作为优选，步骤（2）中，生长钨晶体时的压力为常压。
本发明步骤（2）初次化学气相沉积时，采用400-550℃的沉积温度和0.1-0.5 mm/h的沉积速度，实现凸模基体上高纯钨的致密生长。同时，采用0.5~4.0 h的沉积时间，可保证初次化学气相沉积至凸模表面被高纯钨覆盖完全。
作为优选，步骤（3）中，采用平面磨削、圆周磨削、手动抛磨中的至少一种磨平方式将化学气相沉积后的钨表面加工平整。
作为优选，步骤（3）中，采用丙酮、乙醇、热氢氧化钠溶液中的至少一种溶液进行表面除油清洗。
本发明通过在多次化学气相沉积中间对沉积表面进行上述加工平整和除油清洗，可以显著减少钨生长中的缺陷。实验发现，若不进行步骤（3）的表面加工平整和除油清洗，存在降低纯度、出现孔洞、产生沉积界面的弊端。
作为优选，步骤（4）中，再次生长钨时的温度为600~1000℃。
作为优选，步骤（4）中，再次生长钨时的速率为0.3~1.0 mm/h，更优选时间为1.0~5.0 h。
作为优选，步骤（4）中，再次生长钨时的压力为常压。
本发明步骤（4）再次化学气相沉积时，沉积温度大于初次沉积温度，在提高后的沉积温度600~1000℃与沉积速率0.3~1.0 mm/h的条件下再次或多次生长钨，实现了钨的外延生长，如果不采用上述沉积条件，则会产生多次沉积界面。同时，在1.0~5.0 h的再次沉积时间下，沉积厚度适宜，结合步骤（3）的表面处理，保障了钨生长的高纯度、高致密度。
在一种优选的实施方式中，为了有效提高能源利用率和原材料利用率，步骤（2）和步骤（4）中所述化学气相沉积采用外加热方式，并进行热壁沉积。
作为优选，步骤（6）中，采用切磨或酸处理剥离凸模基体。
本发明还提供一种异形结构钨部件，其根据上述的复杂内腔异形结构钨部件的制备方法制备得到，所述异形结构钨部件的纯度≥5N，致密度≥99.5%。
本发明还提供上述异形结构钨部件，或上述制备方法制备得到的异形结构钨部件在核聚变装置的真空室内壁，或其他对钨及钨合金的致密度要求高、形状要求复杂的设备、器件的制造中的应用。
本发明的有益效果至少在于：
（1）本发明提供的制备方法，使用易加工的、高精度的、与目标异形结构钨部件内腔表面轮廓一致的凸模作为基体，确保沉积出的钨部件的内腔尺寸精度高；
（2）本发明提供的制备方法，通过对沉积工艺参数分步调控，实现凸模基体上钨的致密生长，从而使凸模上的凹槽被充分填充，提高钨部件的致密度；
（3）本发明提供的制备方法，在提高沉积温度与沉积速率的条件下再次或多次生长钨，可实现钨的外延生长，避免沉积界面产生；
（4）本发明提供的制备方法，与一步化学气相沉积相比，采用多步化学气相沉积技术可降低柱状晶生长时的内应力，减少钨制品内部裂纹的产生；
（5）本发明提供的制备方法，每步化学气相沉积后通过对钨部件表面进行处理，可及时发现钨部件内部的缺陷，保证钨制品的高致密度及成品率；
（6）本发明提供的制备方法，制备出的钨部件纯度≥5N，杂质含量极少，高温服役时难以发生再结晶，延长钨部件服役时间；
（7）本发明提供的制备方法，工艺流程较短、操作简便、可控性高，沉积过程的稳定性好，制备得到的钨制品尺寸稳定；
（8）本发明提供的制备方法，全封闭循环工艺，几乎无排放，环境友好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图作简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法的流程示意图。
图2为实施例1采用多步化学气相沉积制备复杂内腔钨管的截面示意图。
图3为实施例1采用多步化学气相沉积制备复杂内腔钨管的实物图。
图4为对比例1采用一步化学气相沉积制备得到的复杂形状异形钨管的剖面实物图。
图5为实施例1及对比例2采用多步化学气相沉积制备得到的复杂内腔钨管的显微组织，其中左图为实施例1，右图为对比例2。
具体实施方式
下面通过最佳实施例来说明本发明。本领域技术人员所应知的是，实施例只用来说明本发明而不是用来限制本发明的范围。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
采用多步化学气相沉积制备高纯度、高致密度复杂内腔水冷流道钨管，可部分参考图1，包括以下步骤：
1）使用纯度大于99.9%的铜制作所需水冷流道钨管内腔的凸模；铜凸模尺寸公差为±0.2 mm，表面光洁度Ra≤1.6 μm；凸模尖角处均作倒圆角处理，圆角尺寸为R6mm；
2）将铜凸模表面使用丙酮清洗干净，经100 ℃干燥后放入反应室内，使用氩气排空反应室后通入纯度均为99.9995%的H2与WF6的混合气体，H2与WF6的摩尔比为3:1；反应室加热至550 ℃；化学气相沉积反应在常压下进行；沉积速率为0.3 mm/h；反应2 h后将沉积后的制品取出；
3）将沉积后的制品表面加工平整，然后使用丙酮进行除油清洗；
4）重新放入反应室内，进行第二步沉积过程；用氩气排空反应室后通入纯度均为99.9995%的H2与WF6的混合气体；反应室加热至700 ℃；沉积速率为0.4 mm/h；反应在常压下进行；
5）反应4 h后继续通入氢气至冷却到室温；取出钨制品，使用硝酸进行铜基体的剥离，得到所需的复杂内腔水冷流道钨管。
分析测试结果显示，多步化学气相沉积所制备的钨管纯度≥5N5，排水法检测密度为19.27 g/cm3，致密度为99.59%，抽真空检漏的漏率为3.5×10-8Pa·m3/s；所得的复杂内腔钨管的纯度高，致密度高，气密性好，内腔形状与铜模基体形状匹配良好。
图2是实施例1采用多步化学气相沉积制备复杂内腔钨管的截面示意图。
图3为实施例1采用多步化学气相沉积制备复杂内腔钨管的实物图。
实施例2
采用多步化学气相沉积制备高纯度、高致密度复杂内腔热电偶保护管，包括以下步骤：
1）使用纯度大于99%的铜制作所需热电偶保护管内腔的凸模；铜凸模尺寸公差为±0.5 mm，表面光洁度Ra≤3.2 μm；凸模尖角处均作倒圆角处理，圆角尺寸为R5mm；
2）将铜凸模表面使用乙醇清洗干净，经80 ℃干燥后放入反应室内，使用氩气排空反应室后通入纯度均为99.999%的H2与WF6的混合气体，H2与WF6的摩尔比为3:1；反应室加热至450 ℃；沉积速率为0.4 mm/h；反应在常压下进行；反应时间为1 h后将沉积后的制品取出；
3）将沉积表面打磨平整，然后使用浓度为20 %的热氢氧化钠溶液进行除油清洗。
4）重新放入反应室内，进行再次沉积过程；反应室加热至650 ℃；沉积速率为0.3mm/h；反应在常压下进行；反应时间为1.5 h；
5）循环往复步骤3）和步骤4）所述过程三次，沉积条件与第二次沉积条件相同；
6）沉积结束后取出钨制品，使用硝酸进行铜基体的剥离，得到所需的复杂内腔热电偶保护管。
分析测试结果显示，多步化学气相沉积所制备的钨管纯度≥6N，排水法检测密度为19.24 g/cm3，致密度为99.43%；所得的复杂内腔钨管的纯度高，致密度高，内腔形状与铜模基体形状匹配良好。
对比例1
采用一步化学气相沉积制备复杂形状的异形钨管，包括以下步骤：
使用纯度大于3N5的铜制作复杂形状的异形钨管的铜模基体；铜模尺寸公差为-0.1 mm，表面光洁度Ra≤0.8 μm；凸模尖角处均作倒圆角处理，圆角尺寸为R6mm；
将铜模表面使用丙酮清洗干净，经120 ℃干燥后放入反应室内，用氩气排空反应室后通入纯度为99.995%的H2与纯度为99.996%的WF6的混合气体，H2与WF6的摩尔比为3:1；将反应室加热至600 ℃；沉积速率为0.3 mm/h；反应在常压下进行；反应时间为5 h。
分析测试结果显示，一步化学气相沉积所制备的钨管纯度≥5N；钨管壁内的晶粒显示出粗大的柱状晶特征，并能观察到明显的裂纹；钨管壁厚度不均匀，尺寸差异较大，与铜模基体的形状匹配较差。
图4是对比例1采用一步化学气相沉积制备得到的复杂形状异形钨管的剖面实物图。
对比例2
与实施例1相比，区别在于：对比例2的铜凸模的尖角处倒圆角尺寸仅为R3mm。
图5是实施例1与对比例2使用多步化学气相沉积制备得到的复杂形状异形钨管的显微组织，其中左图为实施例1，倒圆角尺寸为R6mm；右图为对比例2，倒圆角尺寸为R3mm。与实施例1得到的钨制品相比，对比例2得到的钨制品的显微组织中可以观察到明显的裂纹，裂纹集中在尖角处附近。而实施例1得到的钨制品的显微组织晶粒尺寸均匀，在圆角处致密生长，无裂纹产生。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制作与目标异形结构钨部件内腔表面轮廓一致的凸模基体；
（2）采用化学气相沉积的方法在凸模基体上生长钨，反应气体为钨的卤化物和H2；
（3）将化学气相沉积后的钨表面加工平整，然后进行表面除油清洗；
（4）采用化学气相沉积的方法在步骤（3）表面处理后的钨上再次生长钨，反应气体为钨的卤化物和H2；
（5）循环往复步骤（3）和步骤（4），从而不断生长钨，直至沉积层达到目标异形结构钨部件的形状尺寸要求；
（6）剥离凸模基体，即得目标复杂内腔的异形结构钨部件；
步骤（2）中，生长钨时的温度为400-550 ℃；生长钨时的速率为0.1-0.5 mm/h；
步骤（3）中，采用平面磨削、圆周磨削、手动抛磨中的至少一种磨平方式将化学气相沉积后的钨表面加工平整；采用丙酮、乙醇、热氢氧化钠溶液中的至少一种溶液进行表面除油清洗；
步骤（4）中，再次生长钨时的温度为600~1000 ℃；再次生长钨时的速率为0.3~1.0 mm/h，时间为1.0~5.0 h。
2.根据权利要求1所述的难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述凸模基体的表面光洁度Ra≤3.2 μm；
和/或，步骤（1）后，对所述凸模基体的尖角处进行倒圆角处理，圆角尺寸为R5mm以上。
3.根据权利要求1所述的难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述凸模基体的材质选自不锈钢、铜、钼、钨、碳碳复合材料中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法，其特征在于，步骤（2）和步骤（4）中，所述钨的卤化物与H2的纯度均≥99.99%；
和/或，步骤（2）和步骤（4）中，所述钨的卤化物各自独立地选自WF6、WCl6、WBr6中的一种。
5.根据权利要求1所述的难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，生长钨时的压力为常压。
6.根据权利要求1或5所述的难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，再次生长钨时的压力为常压。
7.根据权利要求1所述的难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，采用切磨或酸处理剥离凸模基体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310900954.7A CN116607121B (zh) | 2023-07-21 | 2023-07-21 | 一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310900954.7A CN116607121B (zh) | 2023-07-21 | 2023-07-21 | 一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116607121A CN116607121A (zh) | 2023-08-18 |
| CN116607121B true CN116607121B (zh) | 2023-10-10 |
Family
ID=87678710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310900954.7A Active CN116607121B (zh) | 2023-07-21 | 2023-07-21 | 一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116607121B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117684148A (zh) * | 2024-02-02 | 2024-03-12 | 海朴精密材料(苏州)有限责任公司 | 一种难熔金属毛细管及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1962935A (zh) * | 2006-12-08 | 2007-05-16 | 北京工业大学 | 高纯致密异型钨制品的制备方法 |
| CN107447201A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-12-08 | 北京理工大学 | 一种钨制品的制备装置及方法 |
| CN110257798A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-09-20 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 一种icp-cvd制备非晶碳薄膜的沉积方法 |
| CN115910917A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-04-04 | 广州粤芯半导体技术有限公司 | 金属钨膜及其制备方法 |
-
2023
- 2023-07-21 CN CN202310900954.7A patent/CN116607121B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1962935A (zh) * | 2006-12-08 | 2007-05-16 | 北京工业大学 | 高纯致密异型钨制品的制备方法 |
| CN107447201A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-12-08 | 北京理工大学 | 一种钨制品的制备装置及方法 |
| CN110257798A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-09-20 | 江苏鲁汶仪器有限公司 | 一种icp-cvd制备非晶碳薄膜的沉积方法 |
| CN115910917A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-04-04 | 广州粤芯半导体技术有限公司 | 金属钨膜及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 化学气相沉积法制取异型钨制品研究;马捷等;《兵工学报》;第27卷(第2期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116607121A (zh) | 2023-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN116607121B (zh) | 一种难加工复杂内腔异形结构钨部件的制备方法 | |
| CN108580884B (zh) | 用于改善增材制造钛合金组织的置氢轧压复合工艺 | |
| CN110983264B (zh) | 一种高密度细晶粒易成型的w靶材的制备方法 | |
| EP2253731A1 (en) | Tantalum spattering target | |
| JP6279559B2 (ja) | 金属製るつぼ及びその形成方法 | |
| CN110000382B (zh) | 一种增材制造钛合金中支撑结构的去除方法 | |
| CN114561628B (zh) | 一种循环化学气相沉积高纯钽的制备方法及其应用 | |
| CN113953512B (zh) | 一种大长径比深孔薄壁钨合金壳体及其热等静压制备方法 | |
| CN111411251B (zh) | 一种铼喷管用抗氧化涂层及其制备方法、铼-抗氧化涂层喷管 | |
| US3139658A (en) | Production of tungsten objects | |
| CN112921259A (zh) | 一种强力旋压变形后的钛零件的残余应力消除方法 | |
| US20230024291A1 (en) | Method for producing molybdenum alloy targets | |
| CN111254398A (zh) | 一种晶粒高定向取向的铂溅射靶材及其制备方法 | |
| CN114250444A (zh) | 一种等离子体辅助化学气相沉积高纯钨溅射靶材的方法 | |
| CN113416906B (zh) | 一种采用挤压开坯与脉冲电流热处理相结合制备钛合金棒坯的工艺 | |
| CN107522191B (zh) | 一种基于自限制形核生长的大尺寸高质量石墨烯制备方法 | |
| CN114192782B (zh) | 一种难加工材料零件及其成形方法 | |
| CN112302830B (zh) | 一种铼铱-碳碳发动机推力室及其集成制备方法 | |
| CN114273676B (zh) | 一种难熔钨钽合金复杂结构件及其增材制造成形方法 | |
| CN112059181B (zh) | 一种镍锰铟形状记忆合金零件及其4d成形方法 | |
| CN115106527A (zh) | 基于放电等离子体烧结的高强钛合金零件的多级烧结方法 | |
| CN111215623B (zh) | 一种Ti-Al系合金的粉末冶金致密化无压烧结方法 | |
| CN113102753B (zh) | 一种间接3d打印钨基合金零部件脱脂烧结方法 | |
| JP2003293116A (ja) | 高耐食性・高強度・高靭性窒化処理Ｍｏ合金加工材とその製造方法 | |
| CN117364052B (zh) | 一种高发射率铼涂层及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |