Chemical vapor deposition of tungsten-based layers on detonation coatings
本研究表明，将爆轰喷涂与使用六氟化钨的化学气相沉积相结合，能够实现在各种爆轰涂层底层上有效应用钨基层，从而调节表面孔隙率并确保其与钢基底的强力粘附。
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工业机械会磨损。齿轮研磨、轴承刮擦，表面因零件间的不断摩擦而发生侵蚀。为了阻止这一现象，工程师经常在金属零件上涂覆坚硬的保护层。一些方法利用热量将熔融材料喷射到表面，而另一些方法则利用化学反应逐个原子地生长出薄膜。每种方法都有其优势，但也各有缺陷。喷涂涂层可能粗糙且布满微小孔隙，而化学薄膜则往往难以牢固附着在裸钢上，容易发生剥落。寻找一种结合两者优点的方法——创造一种既能牢固附着又完全致密的表面——是材料科学领域一个持久的挑战。
莫斯科弗鲁姆金物理化学与电化学研究所的一个研究小组通过结合两种截然不同的技术解决了这一问题。他们首先采用了一种称为爆轰喷涂的方法，该方法利用受控爆炸的力量将陶瓷和金属粉末喷射到钢基底上。这会创造出一个坚韧、耐磨的图层，但由于许多喷涂表面一样，它天然具有多孔性，即包含一个微观间隙网络。为了修复这一点，研究人员使用化学气相沉积法应用了第二层。在这个过程中，一种含有钨的气体被引入加热室，在那里气体分解并在下方的表面上沉积出一层致密的纯钨薄膜。其目标是观察这层致密的钨层是否能够封堵喷涂涂层的孔洞，同时又能作为一个“桥梁”帮助整个系统粘附在钢上。
该团队测试了五种不同类型的起始粉末，范围从碳化钨和钴的混合物到涉及镍和铬的组合。他们使用爆轰枪将这些粉末喷涂在钢样品上，制造出一种粗糙的保护底层。底层就位后，他们将样品放入真空反应器中。在那里，他们引入了六氟化钨气体和氢气，并将装置加热至530摄氏度。在四十分钟的时间里，气体发生反应，在喷涂涂层上方沉积出一层新的纯钨层。研究人员使用高倍显微镜和X射线工具检查了结果，以观察在微观层面发生了什么。
研究结果表明，这种两步法完全达到了预期效果。爆轰喷涂层与钢形成了强力的结合，解决了通常会导致钨涂层无法直接粘附在金属上的附着力问题。更重要的是，新的钨层不仅仅是覆盖在上面，它还渗入了喷涂层的微小孔隙中，有效地封堵了它们。在初始喷涂涂层较为多孔的样品中，钨层填补了这些间隙，创造出了一个更加平滑且坚实的表面。研究人员观察到，钢与喷涂层之间的界面清晰，喷涂层与新钨膜之间的界面也十分明确，尽管如此，两层之间结合紧密，没有出现剥落现象。
通过分析最终产物的化学成分，团队确认了钨层是均匀且致密的。在某些情况下，钨涂层足够厚，可以完全覆盖底层粗糙的纹理；而在其他情况下，它更像是一种密封剂，在不完全遮盖纹理的情况下堵塞了孔洞。这项研究证明，这种结合的方法可以创造出一种既坚韧又气密的复合表面。这种方法提供了一种提高工业零件耐用性的实际途径，通过保护它们免受磨损和腐蚀，有望延长其使用寿命，且无需进行繁重的机械加工来平整表面。这项工作表明，通过将这些技术进行叠加，工程师可以克服每种方法的各自局限性，从而创造出更优越的防护涂层。
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