铀表面中频磁控溅射离子镀铝的组织结构与界面特性研究

【作者】 刘清和； 王庆富； 陈林； 郎定木； 管卫军； 肖红；

【机构】 中国工程物理研究院；

【摘要】 贫铀因其独特的核性能而在核工业上具有广泛的用途,但其化学性质十分活泼,很容易被腐蚀。为了减缓铀的腐蚀,常采用致密的防腐蚀薄膜来隔离腐蚀介质。本文采用中频磁控溅射离子镀技术在铀表面沉积铝镀层,利用X射线衍射仪和扫描电镜对镀层的组织结构进行表征,利用扫描电镜与俄歇电子能谱仪对镀层与基体的界面特性进行研究,从而为铀的防腐蚀镀层研究积累数据并提供理论支持。铀表面中频磁控溅射铝镀层为面心立方结构。采用中频磁控溅射镀铝技术,在-100V到-900V脉冲偏压条件下,铝镀层颗粒有随脉冲偏压的增加而增大的趋势,铝镀层的表面平整性和表面光滑程度却随脉冲偏压的降低而提高。中频磁控溅射由于其离化率较直流溅射明显提高,在较高负偏压的作用下,镀层离子被加速沉积,由于动能的转换而导致轰击作用更强,表面温升更快,镀层原子可能发生再结晶而形成粗大的条状颗粒组织,同时导致随着脉冲偏压的升高铝镀层颗粒增大。在-200V脉冲偏压下所得镀层的断面呈板块状,镀层晶粒界限不明显,镀层致密性良好。而在-500V、-800V脉冲偏压条件下,镀层断面明显呈柱状,而且在-800V脉冲偏压下镀层的柱状颗粒更为粗大。中频磁控溅射离子镀所得镀层与基体贴合紧密,未发现界面夹杂、空洞与裂纹。镀层与基体的分界面模糊,镀层原子与基体之间有"伪扩散层"的存在,这有利于镀层与基体之间的有效结合。铀表面中频磁控溅射离子镀铝镀层为面心立方结构。镀层平整、致密,与基体结合良好且具有"伪扩散层"。偏压对镀层的组织结构影响显著,随着偏压的升高,镀层在(200)(220)晶面生长增强,在低偏压时镀层呈板块状结构,随着偏压的升高,镀层向柱状结构转化。更多还原