合金元素Y及離子轟擊對α-Al2O3涂層的影響.pdf

1、低溫條件下在結(jié)構(gòu)材料表面制備高含量的α-Al2O3防氚滲透涂層是聚變堆包層技術(shù)發(fā)展中的難題。為此，本文提出采用磁控濺射技術(shù)在316L不銹鋼表面制備Al-Y涂層并對其進(jìn)行氧化獲得α-Al2O3涂層，研究稀土元素Y和離子轟擊對α-Al2O3涂層組織結(jié)構(gòu)及性能的影響，對低溫下制備性能優(yōu)異的高含量α-Al2O3防氚滲透涂層具有重要的意義。
　　本文利用磁控濺射技術(shù)在316L不銹鋼表面制備Al-Y涂層，并經(jīng)過L16(43)正交試驗(yàn)，得到優(yōu)化

2、的工藝參數(shù)為：濺射功率300w，濺射時間3h，濺射氣壓5pa。在該工藝參數(shù)下制備的Al-Y涂層表面平整光滑，均勻致密，為連續(xù)的非晶態(tài)薄膜。隨后對磁控濺射Al-Y涂層分別進(jìn)行等離子氧化和熱氧化，經(jīng)過L9(34)正交試驗(yàn)獲得的等離子氧化優(yōu)化的工藝參數(shù)為：溫度800℃，氧氣流量50sccm，滲氧時間3h，氬氣流量50sccm，電壓830V~840V，電流4.0~4.5A，氣壓55Pa；而熱氧化溫度為900℃，其他參數(shù)與等離子氧化參數(shù)一致。磁控

3、濺射Al-Y涂層經(jīng)等離子氧化和熱氧化后均有穩(wěn)態(tài)α-Al2O3生成。
　　研究了氧化過程中離子轟擊對α-Al2O3涂層組織結(jié)構(gòu)及性能的影響。發(fā)現(xiàn)同樣條件下磁控濺射所獲得的涂層經(jīng)800℃等離子氧化后比900℃熱氧化后表面穩(wěn)態(tài)α-Al2O3含量更高，因離子轟擊是一種活化過程，在這個過程中會產(chǎn)生很多的晶體缺陷，這些缺陷能儲備一定的能量，在一定溫度下能量釋放，可以抵消部分反應(yīng)能壘，促進(jìn)穩(wěn)態(tài)α-Al2O3的形成。同時，離子轟擊還可使氧化涂層組

4、織更加細(xì)密，結(jié)合性能、耐腐蝕性能和抗熱震性能更好。
　　研究了稀土元素Y對α-Al2O3涂層組織結(jié)構(gòu)及性能的影響。XRD測試結(jié)果表明，不同含Y量的氧化涂層中α-Al2O3含量不同，其中含30％Y元素靶材磁控濺射Al-Y涂層經(jīng)氧化后穩(wěn)態(tài)α-Al2O3含量較高，這可能是當(dāng)添加適量稀土元素Y時，在氧化初期形成了Y的氧化物質(zhì)點(diǎn)，這些質(zhì)點(diǎn)可以為Al元素直接形成穩(wěn)定的α-Al2O3相提供形核點(diǎn)，促進(jìn)了穩(wěn)態(tài)α-Al2O3的擇優(yōu)生成。SEM觀察發(fā)