过渡层提高钨螺旋线表面镀金结合强度的研究

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随着行波管功率量级和工作频率的不断提高,特别是进入毫米波频段,由于关键部件螺旋线(钨材料,电阻率大)高频损耗的显著增大给行波管高频散热带来了极大的压力。为了解决钨螺旋线表面的高频损耗问题,本实验室前人采用螺旋线表面直接镀覆低电阻率金薄膜的方法,但发现镀膜均匀性及牢固性差。  为了提高钨螺旋线表面无氰镀金薄膜质量及结合性能,本文采用预镀过渡层方法。根据螺旋线使用条件,选择铜作为过渡层材料。研究了不同厚度过渡层对金薄膜结合性能的影响。采用纳米划痕技术测试薄膜和基体之间结合力大小,利用扫描电子显微镜及能谱仪观察分析试样截面W/Cu/Au界面结构和元素分布情况。对预镀铜5s、10s、15s和20s,镀金均为1.5h后的试样进行分析研究,结果表明:过渡层厚度大小影响后续镀金效果及膜基结合力。其中预镀铜时间为10s,金膜的覆盖度和平整度高、表面粗糙度较小,膜基结合力好,不低于300mN,主要原因在于W-Cu界面形成的大量锯齿状结构,增大了薄膜-基体间的接触面和机械啮合力。而预镀铜时间5s得到的过渡层不能完全覆盖基体,导致部分金原子在钨表面直接沉积;而预镀铜15s和20s得到的过渡层较厚,会产生一定的膜内应力,影响薄膜与基体间结合性能。这三种试样的薄膜与基体结合力大约为120-135mN。  此外,研究了镀膜的高温可靠性。对上述四种试样在500℃条件下进行100h的真空热处理后,研究发现高温处理后镀金膜晶粒没有明显长大,金膜表面质量变化较小。高温处理后过渡层Cu元素在界面分布有变化,但对膜基结合力没有显著影响。
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