涂层结合力的问题卡了快一周,试了十几种方案都没根本解决,实验室里的气氛有点闷。林荞看着桌上一堆脱落的试样,拍了拍手召集大家:“咱们自己试错试够了,不如看看国外的研究,近10年航天材料的核心文献都翻一翻,说不定能找到思路。”
张教授点点头附和:“这个办法好,航天研发不是闭门造车,NASA和欧洲航天局在涂层领域研究得早,他们的经验能给咱们省不少弯路。重点查涂层结合力、过渡层设计的相关文献。”
李薇立刻安排分工:“我和周明查NASA的公开文献,江浩你带两个人看欧洲航天局的,赵宇负责整理所有文献的核心要点,不管是英文还是德文,都把关键技术和数据记下来,中午汇总。”
众人立刻忙活起来,实验室的电脑都打开了国际航天材料数据库,李薇盯着屏幕上的英文文献,边看边念:“这里有篇2018年的,讲高温涂层结合力提升的,提到了过渡层设计,不过没说具体用什么材料。”
周明手指划过屏幕:“我找到一篇NASA的核心文献,2020年的,标题就是《金属硅过渡层在航天高温涂层中的应用》,看着就是咱们要找的,我赶紧翻译过来。”
这篇文献让所有人都来了精神,赵宇搬来小板凳凑在旁边:“周哥,快看看,硅过渡层到底怎么用?能解决结合力问题不?”周明一边翻译一边念:“NASA在钛合金基材上试了,加一层薄硅过渡层,形成梯度界面,涂层结合力提了两倍多。”
张教授凑过来看着翻译内容,眼睛一亮:“梯度界面是关键!咱们之前加的镍铬铝钇过渡层和基材、涂层的衔接还是有点陡,硅过渡层能让热膨胀系数慢慢过渡,应力就不会堆在一处了。”
林荞指着文献里的数据:“你们看,NASA用的硅过渡层只有50纳米厚,特别薄,不会影响基材和涂层的性能,还能起到桥梁作用。镍基合金和硅的相容性怎么样?江浩你赶紧查下。”
江浩快速翻着元素相容性手册,抬头道:“没问题!镍和硅能形成稳定的镍硅化合物,和咱们的镍基基材结合得牢,和氧化铝-氧化锆涂层也能粘住,这个过渡层材料选得太合适了。”
李薇有点疑惑:“50纳米也太薄了,咱们的物理气相沉积设备能精准控制厚度吗?差一点都不行,厚了可能影响涂层性能,薄了又起不到过渡作用。”
负责设备调试的周明拍着胸脯:“能是能,就是得精细调参数,把沉积速度放慢,用激光测厚仪实时监测,沉积一点测一点,肯定能把厚度卡在50纳米。”
陈阳这时插话:“那高纯硅粉的原料有吗?咱们之前没备这个,要是没有我立刻联系采购,保证不耽误实验。”林荞摇摇头:“不用急,实验室备品库里有高纯硅靶材,物理气相沉积用靶材更方便,直接用这个。”
中午的文献汇总会上,所有人都围着NASA那篇核心文献讨论,赵宇把关键要点写在白板上:“核心思路:基材与复合涂层间加50n金属硅过渡层,形成梯度界面,缓冲热应力,提升结合力。”
张教授对着白板分析:“咱们之前的三层结构思路是对的,但过渡层选得不够巧,硅过渡层更薄、更贴合,能让热膨胀系数从镍基基材到过渡层再到复合涂层,一点点变化,不会有应力突变。”
林荞当即拍板调整实验方案:“就按这个思路来,把方案改成‘镍基合金基材+50n硅过渡层+氧化铝-氧化锆复合纳米涂层’,今天下午就调试设备,明天一早开始制备试样,重点把控硅过渡层的厚度。”
下午的实验室里,涂层研发区的物理气相沉积设备成了重点,周明和赵宇围着设备调试参数,赵宇盯着真空度显示屏:“真空度已经调到10^-5Pa了,和文献里的参数一致。”
周明慢慢调沉积功率:“硅靶材的沉积功率不能太高,太高沉积速度快,不好控制厚度,先调到100W,沉积速度控制在0.5n/秒,这样50纳米刚好沉积100秒,时间好把控。”
“还要装激光测厚仪,实时监测,万一速度有偏差,能及时调。”李薇走过来,手里拿着校准好的测厚仪,“测厚仪已经校零了,等下沉积的时候,每隔10秒测一次厚度,确保精准。”
赵宇挠挠头:“100秒的沉积时间,一秒都不能差,我盯着计时器,绝对精准。就是这么薄的一层,肉眼都看不见,心里还是有点没底。”
李薇拍了拍他的肩膀:“没底就把每一步做细,参数定死、时间盯死、厚度测死,咱们做农业涂层的时候,比这更精细的都做过,航天研发也是一个理,细节做到位就没问题。”
第二天一早,首批按新方案制备的试样开始了,镍基合金基材先做离子刻蚀,然后送入物理气相沉积设备,硅靶材开始沉积,周明盯着功率,赵宇盯着计时器和测厚仪。