薄膜電阻應(yīng)變計利用薄膜材料在受到外界應(yīng)力時，其電阻值會發(fā)生相應(yīng)變化的特征，通過變換電路將電阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓變化輸出，以實現(xiàn)對被測壓力的準(zhǔn)確測量。鎳鉻合金電阻薄膜具有高電阻率、低電阻溫度系數(shù)、較高的靈敏系數(shù)且對溫度依賴小等特點，一直受人們青睞．由于鎳鉻合金電阻薄膜制備容易、工藝成熟、性能穩(wěn)定，因而得到廣泛應(yīng)用，主要用于制備混合集成電路中的精密電阻薄膜。其能滿足電阻應(yīng)變計敏感薄膜的性能要求，因此常用于制備薄膜電阻應(yīng)變計。
目前，市場上存在大量已經(jīng)濺射過的廢舊高純鎳鉻合金靶材，為了變廢為寶，高效地利用現(xiàn)有資源，將廢舊鎳鉻合金靶材作為原材料全返回真空冶煉，可大大降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力。但這種全返回料真空冶煉工藝給生產(chǎn)帶來較大的難度，部分鑄錠在鍛造時易出現(xiàn)裂紋甚至報廢情況。通過金相顯微鏡、電子掃描顯微鏡等儀器進(jìn)行觀察檢測，查清裂紋產(chǎn)生的主要原因，本文提出相應(yīng)解決措施，減少和避免廢品出現(xiàn)，改善材料質(zhì)量，提高產(chǎn)品成材室。
1、生產(chǎn)原理及工藝
將廢舊鎳鉻合金靶材經(jīng)過預(yù)處理后，在200 kg真空感應(yīng)爐上全返回冶煉．按正常真空冶煉工藝操作，經(jīng)精煉后調(diào)整至澆注溫度，將合金熔液全部澆注到錠模內(nèi)。整個冶煉過程的真空度維持在1Pa以內(nèi)。將鑄錠表面精整至無缺陷，合金錠加熱至1 200℃，保溫后開始鍛造，去除切頭切尾后，鑄錠鍛造成斷面為90 mm x 134 mm的長坯，最后將坯料再機(jī)加工，制作成厚度8～20 mm各種規(guī)格的靶材，合金靶材工藝流程見圖1。
2、檢測結(jié)果及討論
全返回真空冶煉后的鎳鉻合金鑄錠在鍛造時，少量鑄錠出現(xiàn)裂紋甚至報廢。采用金相顯微鏡(萊卡一DMIRM)、掃描電子顯微鏡(蔡司一EV018)等儀器，肉眼可見出現(xiàn)裂紋的鍛坯，在裂紋部分取尺寸為10 mm×10 mm×10 rnm的試樣，在金相顯微鏡和電子掃描顯微鏡下進(jìn)行研究觀察，并結(jié)合冶煉、鍛造工藝過程，查找產(chǎn)生裂紋的原因。
2.1 鍛坯表面及內(nèi)部裂紋宏觀觀察
圖2為合金鑄錠經(jīng)過鍛造成坯后，在錠本體出現(xiàn)深度較淺的裂紋，鍛坯邊上有少量較明顯的裂紋，其它部位表面光潔無裂紋。圖3為切頭尾后的鍛坯經(jīng)線切割的片料出現(xiàn)多處明顯可見的裂紋，并且沿著中部零星分布，甚至有部分的裂紋完全貫穿片料厚度，而邊上沒有出現(xiàn)裂紋。
2.2 金相檢測
從圖4中金相顯微鏡觀察結(jié)果可以看出，沿裂紋附近出現(xiàn)夾雜。
2.3 掃描電子顯微鏡檢測
采用掃描電子顯微鏡在圖5位置處對基體形貌分析檢測，可以看出基體部位致密完整無缺陷。圖6為產(chǎn)生裂紋位置處的形貌檢測結(jié)果，可以看出，裂紋處出現(xiàn)不同的夾雜物，視場中出現(xiàn)有白色夾雜物，呈分散分布，形狀各異。
分別在圖5中的譜圖1位置和在圖6中的譜圖2位置處檢測成分，其結(jié)果見表1和表2。
從表1可知，基體部分只有鎳和鉻二種基體元素，純度很高，沒有出現(xiàn)其它元素。表2檢測結(jié)果中碳、氧元素的比例較大，鎳和鉻的比例很少，另外還存在一些含量不高的其它元素。
2.4 分析與討論
從肉眼觀察和金相顯微鏡以及掃描電鏡的微觀檢測結(jié)果可知，鎳鉻合金鍛坯邊上出現(xiàn)裂紋的主要原因是鑄錠未精整干凈；合金坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋主要是由夾雜物引起的．坯料內(nèi)在裂紋處形成碳、氧化合物而構(gòu)成了裂紋源．在爐中加熱時，由于夾雜物的熔點低于鑄錠鍛造的溫度，以熔融狀態(tài)存在晶粒之間，導(dǎo)致在鍛造時鍛坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。在合金中，夾雜物通常與基體的彈性和塑性存在較大的差別，對合金塑性影響很大，容易形成裂紋源．當(dāng)鎳鉻合金鑄錠在鍛造發(fā)生形變時，內(nèi)部夾雜物與基體同樣發(fā)生變形，并且隨著變形量的增大，在夾雜物周圍形成的應(yīng)力也逐步增大．當(dāng)應(yīng)力增加到某一臨界值時，夾雜物或者自身破碎，或者使自身與基體脫離而形成裂紋源．隨著變形的繼續(xù)，裂紋源不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展，最終形成空洞或者裂紋。
通過對原材料和生產(chǎn)操作等記錄資料進(jìn)行分析，形成夾雜物的主要原因有如下幾個方面。
1)廢舊的鎳鉻合金材料表面粘附有大量的油污，干燥后存在原材料表面，經(jīng)過簡單處理未能完全去除，油污在真空冶煉時進(jìn)人合金熔液，與鉻等元素形成碳化物夾雜。
2)坩堝經(jīng)過多次冶煉廢舊鎳鉻合金材料后，殘留在坩堝壁的雜物越來越多，在合金液面上形成渣團(tuán)，成為外來夾雜物的主要來源。
3)在合金熔液溫度較低的情況下進(jìn)行鑄錠，澆注時，液面上易結(jié)膜形成，夾雜物不能上浮而在鑄錠本體內(nèi)形成夾雜。
3、解決措施
1)加強(qiáng)廢舊鎳鉻合金的表面清理，避免帶入外來雜質(zhì)，控制原材料純凈度。
2)真空冶煉精煉期要充分脫氧，出爐后要及時清除坩堝壁上的雜物。
3)出鋼前通過控制合金澆注溫度，采取合適的電磁攪拌以及精準(zhǔn)澆注的操作，可避免鑄錠夾雜物。
4、結(jié)論
1)夾雜物是全返回真空冶煉鎳鉻合金產(chǎn)生內(nèi)部裂紋的主要因素。
2)通過改進(jìn)措施，采用廢舊鎳鉻合金全返回真空冶煉生產(chǎn)鎳鉻合金靶材，可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)靶材產(chǎn)品，并能降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力．
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