镍(nie)铬合(he)金靶材(cai)裂(lie)纹产生原(yuan)因(yin)分析(xi)

薄(bao)膜(mo)电阻(zu)应变(bian)计利(li)用薄膜(mo)材料(liao)在受(shou)到外(wai)界(jie)应力(li)时，其电(dian)阻值(zhi)会(hui)发(fa)生相(xiang)应(ying)变化(hua)的特征(zheng)，通过变换电路将(jiang)电(dian)阻(zu)值(zhi)变化转(zhuan)换(huan)为电(dian)压变化输(shu)出，以实现对被(bei)测(ce)压力的(de)准确(que)测量(liang)。镍(nie)铬合金电阻薄(bao)膜(mo)具(ju)有(you)高(gao)电阻率(lv)、低电(dian)阻(zu)温度系数、较高(gao)的(de)灵(ling)敏系(xi)数且(qie)对(dui)温度(du)依(yi)赖(lai)小(xiao)等(deng)特(te)点(dian)，一直(zhi)受人(ren)们(men)青(qing)睐．由于(yu)镍铬(ge)合金(jin)电(dian)阻(zu)薄(bao)膜制(zhi)备容易(yi)、工艺成(cheng)熟(shu)、性(xing)能稳定，因而(er)得到广泛应(ying)用，主要(yao)用于(yu)制(zhi)备(bei)混合(he)集成电路(lu)中的(de)精密电(dian)阻(zu)薄膜。其能满(man)足(zu)电(dian)阻应变(bian)计(ji)敏感(gan)薄膜(mo)的性(xing)能要求，因(yin)此常用于制备薄(bao)膜(mo)电(dian)阻(zu)应变(bian)计(ji)。

目(mu)前，市场上(shang)存在大(da)量(liang)已(yi)经溅(jian)射过(guo)的废(fei)旧(jiu)高纯(chun)镍(nie)铬合(he)金靶(ba)材，为了变废(fei)为(wei)宝，高效地利用(yong)现有资(zi)源，将(jiang)废旧(jiu)镍铬合(he)金靶(ba)材(cai)作为原(yuan)材(cai)料全返回(hui)真(zhen)空冶炼，可大(da)大(da)降低生产(chan)成(cheng)本，增强产(chan)品(pin)的竞(jing)争力(li)。但这种(zhong)全(quan)返回料(liao)真(zhen)空(kong)冶炼工(gong)艺(yi)给生产(chan)带(dai)来(lai)较(jiao)大(da)的难度，部(bu)分铸锭在锻(duan)造(zao)时易出(chu)现裂纹甚至报(bao)废(fei)情(qing)况。通过(guo)金相(xiang)显(xian)微镜、电(dian)子(zi)扫描(miao)显微(wei)镜等(deng)仪(yi)器进(jin)行观(guan)察检测(ce)，查(cha)清(qing)裂纹(wen)产生的(de)主要(yao)原因，本文提出(chu)相应解(jie)决(jue)措(cuo)施(shi)，减少和(he)避(bi)免废品(pin)出现，改善(shan)材料(liao)质量，提(ti)高产(chan)品(pin)成(cheng)材(cai)室。

1、生产(chan)原理及工(gong)艺

将(jiang)废旧(jiu)镍(nie)铬合(he)金(jin)靶材经过(guo)预(yu)处(chu)理(li)后，在(zai)200 kg真(zhen)空感(gan)应(ying)炉上全(quan)返回(hui)冶(ye)炼．按(an)正常(chang)真(zhen)空(kong)冶(ye)炼(lian)工艺(yi)操作(zuo)，经精(jing)炼后调整至(zhi)浇(jiao)注(zhu)温(wen)度(du)，将(jiang)合(he)金(jin)熔(rong)液(ye)全(quan)部浇(jiao)注(zhu)到(dao)锭(ding)模(mo)内。整个冶(ye)炼(lian)过程的真空(kong)度维持(chi)在1Pa以内。将(jiang)铸锭表(biao)面(mian)精整至无(wu)缺陷(xian)，合金锭加热(re)至(zhi)1 200℃，保(bao)温后开(kai)始锻(duan)造(zao)，去(qu)除切头(tou)切尾后，铸锭锻(duan)造(zao)成(cheng)断面(mian)为(wei)90 mm x 134 mm的(de)长坯(pi)，最(zui)后(hou)将(jiang)坯料(liao)再机(ji)加(jia)工，制作(zuo)成(cheng)厚(hou)度(du)8～20 mm各(ge)种(zhong)规格的(de)靶(ba)材(cai)，合金(jin)靶材工艺流程(cheng)见图(tu)1。

2、检(jian)测结(jie)果及(ji)讨论(lun)

全(quan)返回真(zhen)空(kong)冶炼(lian)后的(de)镍铬(ge)合(he)金(jin)铸锭(ding)在锻(duan)造时，少量铸(zhu)锭出现裂纹(wen)甚(shen)至报废(fei)。采(cai)用金相显微(wei)镜(莱卡一DMIRM)、扫描电子显微镜(jing)(蔡司一EV018)等(deng)仪器，肉(rou)眼(yan)可见(jian)出现裂(lie)纹的锻(duan)坯，在(zai)裂(lie)纹(wen)部(bu)分(fen)取尺寸为(wei)10 mm×10 mm×10 rnm的(de)试(shi)样(yang)，在(zai)金相显微镜和(he)电(dian)子(zi)扫(sao)描显(xian)微(wei)镜下进行研究(jiu)观(guan)察(cha)，并结合(he)冶(ye)炼(lian)、锻(duan)造工(gong)艺过(guo)程，查(cha)找产(chan)生(sheng)裂纹的原(yuan)因。

2.1 锻坯表面(mian)及(ji)内部裂(lie)纹宏观观(guan)察(cha)

图(tu)2为(wei)合(he)金(jin)铸锭(ding)经过(guo)锻(duan)造(zao)成(cheng)坯后，在(zai)锭本体出现(xian)深(shen)度(du)较(jiao)浅的裂(lie)纹(wen)，锻坯边上(shang)有(you)少(shao)量(liang)较(jiao)明(ming)显的(de)裂纹，其它(ta)部位(wei)表面光洁无裂纹。图(tu)3为切头(tou)尾后的(de)锻(duan)坯经线切(qie)割(ge)的(de)片(pian)料出现(xian)多(duo)处(chu)明显可(ke)见的(de)裂纹(wen)，并(bing)且沿着(zhe)中部零(ling)星分(fen)布(bu)，甚(shen)至有部分的(de)裂纹(wen)完(wan)全贯(guan)穿片(pian)料厚(hou)度(du)，而边上没(mei)有(you)出(chu)现(xian)裂纹(wen)。

2.2 金相检测

从图4中金(jin)相显微镜观察(cha)结(jie)果(guo)可以看出，沿(yan)裂纹(wen)附(fu)近(jin)出(chu)现(xian)夹杂。

2.3 扫描(miao)电子显(xian)微镜(jing)检(jian)测

采用扫描(miao)电子(zi)显微(wei)镜(jing)在图(tu)5位置(zhi)处对(dui)基体(ti)形(xing)貌(mao)分析(xi)检测，可(ke)以看(kan)出基(ji)体(ti)部位(wei)致(zhi)密(mi)完整无(wu)缺陷。图6为(wei)产(chan)生裂(lie)纹(wen)位置(zhi)处的形(xing)貌检测结果(guo)，可(ke)以(yi)看出(chu)，裂(lie)纹处(chu)出现不同的夹(jia)杂物(wu)，视(shi)场中出现(xian)有(you)白(bai)色(se)夹杂物(wu)，呈(cheng)分散(san)分布(bu)，形状各异(yi)。

分别(bie)在图(tu)5中的谱(pu)图1位置和(he)在(zai)图(tu)6中(zhong)的(de)谱(pu)图(tu)2位(wei)置处(chu)检测(ce)成分，其(qi)结果(guo)见表1和(he)表(biao)2。

从(cong)表1可知(zhi)，基(ji)体(ti)部(bu)分(fen)只(zhi)有镍(nie)和铬(ge)二(er)种基体元(yuan)素，纯(chun)度(du)很高，没(mei)有(you)出(chu)现(xian)其(qi)它(ta)元(yuan)素(su)。表2检(jian)测结(jie)果中(zhong)碳、氧元(yuan)素(su)的(de)比例(li)较(jiao)大，镍(nie)和(he)铬(ge)的比例很(hen)少(shao)，另(ling)外还(hai)存在(zai)一(yi)些(xie)含量不高(gao)的其它元(yuan)素。

2.4 分析与(yu)讨论(lun)

从(cong)肉(rou)眼(yan)观(guan)察(cha)和金相(xiang)显(xian)微(wei)镜以及(ji)扫描(miao)电(dian)镜(jing)的微(wei)观(guan)检测结(jie)果可(ke)知(zhi)，镍(nie)铬合(he)金锻(duan)坯边上(shang)出现(xian)裂纹的(de)主(zhu)要原(yuan)因(yin)是铸(zhu)锭未精整干净；合(he)金(jin)坯内部(bu)产生(sheng)裂(lie)纹主要是(shi)由(you)夹杂(za)物引起(qi)的(de)．坯(pi)料内(nei)在裂纹处(chu)形成碳(tan)、氧(yang)化(hua)合物而(er)构成(cheng)了(le)裂纹源．在(zai)炉(lu)中加(jia)热时，由(you)于夹(jia)杂物(wu)的熔(rong)点低(di)于(yu)铸锭锻(duan)造的(de)温度，以熔融(rong)状(zhuang)态(tai)存(cun)在晶粒之间，导(dao)致(zhi)在(zai)锻造时(shi)锻(duan)坯(pi)内部(bu)产(chan)生(sheng)裂(lie)纹。在合(he)金中(zhong)，夹(jia)杂(za)物通(tong)常与(yu)基体(ti)的(de)弹(dan)性(xing)和(he)塑(su)性存在(zai)较(jiao)大(da)的差别，对合金塑(su)性(xing)影响很大(da)，容(rong)易(yi)形成裂纹(wen)源．当(dang)镍铬(ge)合金(jin)铸锭在(zai)锻(duan)造发(fa)生形变时，内(nei)部(bu)夹杂物与基体同(tong)样发(fa)生(sheng)变形(xing)，并(bing)且随着(zhe)变(bian)形量(liang)的(de)增(zeng)大(da)，在(zai)夹杂(za)物周(zhou)围(wei)形成(cheng)的(de)应(ying)力(li)也(ye)逐(zhu)步增(zeng)大．当应(ying)力(li)增(zeng)加(jia)到(dao)某一(yi)临界(jie)值时，夹(jia)杂物(wu)或者(zhe)自(zi)身破碎，或(huo)者(zhe)使(shi)自身(shen)与基体(ti)脱(tuo)离而形(xing)成裂纹(wen)源(yuan)．随(sui)着(zhe)变形的(de)继续(xu)，裂纹(wen)源(yuan)不(bu)断产(chan)生(sheng)和(he)扩(kuo)展，最(zui)终形成(cheng)空(kong)洞(dong)或者(zhe)裂纹。

通过(guo)对(dui)原(yuan)材料(liao)和生(sheng)产(chan)操作等记(ji)录资(zi)料(liao)进行分析，形(xing)成夹(jia)杂物的(de)主(zhu)要原因(yin)有如下几(ji)个方(fang)面(mian)。

1)废(fei)旧的(de)镍铬(ge)合金材料(liao)表面(mian)粘(zhan)附有大量的(de)油(you)污，干(gan)燥(zao)后(hou)存(cun)在原(yuan)材(cai)料表面(mian)，经(jing)过(guo)简(jian)单处(chu)理(li)未(wei)能(neng)完(wan)全(quan)去除(chu)，油污(wu)在(zai)真空(kong)冶炼时(shi)进人(ren)合金熔液，与(yu)铬(ge)等(deng)元素(su)形成(cheng)碳(tan)化物夹(jia)杂(za)。

2)坩(gan)埚经(jing)过(guo)多次(ci)冶炼废旧镍(nie)铬合(he)金(jin)材料(liao)后(hou)，残(can)留(liu)在坩(gan)埚壁的(de)杂物(wu)越(yue)来(lai)越(yue)多，在(zai)合金(jin)液面上形(xing)成渣团(tuan)，成(cheng)为外(wai)来夹杂(za)物(wu)的主要(yao)来(lai)源(yuan)。

3)在合金熔液(ye)温度较(jiao)低(di)的情况(kuang)下(xia)进(jin)行(xing)铸锭，浇(jiao)注时(shi)，液(ye)面上(shang)易结膜(mo)形成，夹杂物不(bu)能上浮而(er)在铸(zhu)锭本(ben)体内形成夹(jia)杂。

3、解(jie)决(jue)措(cuo)施(shi)

1)加(jia)强废旧(jiu)镍铬(ge)合(he)金的(de)表(biao)面(mian)清理(li)，避(bi)免带(dai)入(ru)外(wai)来杂质，控制原(yuan)材(cai)料(liao)纯(chun)净度。

2)真(zhen)空冶(ye)炼精炼期(qi)要(yao)充(chong)分脱(tuo)氧，出炉(lu)后(hou)要(yao)及时清除(chu)坩(gan)埚(guo)壁上的(de)杂(za)物。

3)出(chu)钢前(qian)通(tong)过(guo)控(kong)制合(he)金浇注温(wen)度，采取(qu)合(he)适的(de)电(dian)磁(ci)搅拌(ban)以(yi)及(ji)精(jing)准浇(jiao)注的操(cao)作(zuo)，可(ke)避免铸(zhu)锭(ding)夹(jia)杂(za)物。

4、结论(lun)

1)夹杂(za)物是(shi)全返回(hui)真空冶炼(lian)镍(nie)铬(ge)合(he)金(jin)产(chan)生(sheng)内部(bu)裂(lie)纹(wen)的主要因(yin)素(su)。

2)通(tong)过(guo)改进(jin)措(cuo)施(shi)，采用废旧镍(nie)铬(ge)合金全返回(hui)真空(kong)冶炼生产镍(nie)铬合金靶材(cai)，可生产(chan)出(chu)优(you)质(zhi)靶(ba)材产(chan)品，并能(neng)降(jiang)低(di)生(sheng)产成(cheng)本，增强产品市场(chang)竞(jing)争(zheng)力．

参考文(wen)献(xian)

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