薄膜電阻應變計利用薄膜材料在受到外界應力時，其電阻值會發生相應變化的特征，通過變換電路將電阻值變化轉換為電壓變化輸出，以實現對被測壓力的準確測量。鎳鉻合金電阻薄膜具有高電阻率、低電阻溫度系數、較高的靈敏系數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、性能穩定，因而得到廣泛應用，主要用于制備混合集成電路中的精密電阻薄膜。其能滿足電阻應變計敏感薄膜的性能要求，因此常用于制備薄膜電阻應變計。
目前，市場上存在大量已經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，可大大降低生產成本，增強產品的競爭力。但這種全返回料真空冶煉工藝給生產帶來較大的難度，部分鑄錠在鍛造時易出現裂紋甚至報廢情況。通過金相顯微鏡、電子掃描顯微鏡等儀器進行觀察檢測，查清裂紋產生的主要原因，本文提出相應解決措施，減少和避免廢品出現，改善材料質量，提高產品成材室。
1、生產原理及工藝
將廢舊鎳鉻合金靶材經過預處理后，在200 kg真空感應爐上全返回冶煉．按正常真空冶煉工藝操作，經精煉后調整至澆注溫度，將合金熔液全部澆注到錠模內。整個冶煉過程的真空度維持在1Pa以內。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，最后將坯料再機加工，制作成厚度8～20 mm各種規格的靶材，合金靶材工藝流程見圖1。
2、檢測結果及討論
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行研究觀察，并結合冶煉、鍛造工藝過程，查找產生裂紋的原因。
2.1 鍛坯表面及內部裂紋宏觀觀察
圖2為合金鑄錠經過鍛造成坯后，在錠本體出現深度較淺的裂紋，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線切割的片料出現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，而邊上沒有出現裂紋。
2.2 金相檢測
從圖4中金相顯微鏡觀察結果可以看出，沿裂紋附近出現夾雜。
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為產生裂紋位置處的形貌檢測結果，可以看出，裂紋處出現不同的夾雜物，視場中出現有白色夾雜物，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，沒有出現其它元素。表2檢測結果中碳、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果可知，鎳鉻合金鍛坯邊上出現裂紋的主要原因是鑄錠未精整干凈；合金坯內部產生裂紋主要是由夾雜物引起的．坯料內在裂紋處形成碳、氧化合物而構成了裂紋源．在爐中加熱時，由于夾雜物的熔點低于鑄錠鍛造的溫度，以熔融狀態存在晶粒之間，導致在鍛造時鍛坯內部產生裂紋。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．當鎳鉻合金鑄錠在鍛造發生形變時，內部夾雜物與基體同樣發生變形，并且隨著變形量的增大，在夾雜物周圍形成的應力也逐步增大．當應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，裂紋源不斷產生和擴展，最終形成空洞或者裂紋。
通過對原材料和生產操作等記錄資料進行分析，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，經過簡單處理未能完全去除，油污在真空冶煉時進人合金熔液，與鉻等元素形成碳化物夾雜。
2)坩堝經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，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行鑄錠，澆注時，液面上易結膜形成，夾雜物不能上浮而在鑄錠本體內形成夾雜。
3、解決措施
1)加強廢舊鎳鉻合金的表面清理，避免帶入外來雜質，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澆注的操作，可避免鑄錠夾雜物。
4、結論
1)夾雜物是全返回真空冶煉鎳鉻合金產生內部裂紋的主要因素。
2)通過改進措施，采用廢舊鎳鉻合金全返回真空冶煉生產鎳鉻合金靶材，可生產出優質靶材產品，并能降低生產成本，增強產品市場競爭力．
參考文獻
[1] 尹福炎．應變電阻材料的最新進展[J]．金屬材料研究，1994(3)：23．
[2] 尹福炎．電阻應變計技術六十年(2)電阻應變計敏感材料的發展(上)[J]．傳感器世界，1998(9)：9．
[3] 尹福炎．電阻應變計技術六十年(2)電阻應變計敏感材料的發展(下)[J]．傳感器世界，1998，(1)：1．
[4] 周繼承田莉．鎳鉻合金薄膜的研究進展[J]．材料導報，2005，19(7)：5—7．
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