合金元素Y及离子轰击对αAl2O3涂层的影响

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1、中图分类号：TB174.45;TL349论文编号：102870612-0039学科分类号：080503硕士学位论文合金元素Y及离子轰击对α-Al2O3涂层的影响研究生姓名张云露学科、专业材料加工工程研究方向表面功能涂层指导教师骆心怡副教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一二年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialsScienceandTechnologyTheInflu

2、enceofAlloyElementYandIonBombardmentonα-Al2O3CoatingsAThesisinMaterialsProcessingEngineeringbyZhangYunluAdvisedbyAssociateProfessorLuoXinyiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,20124承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指

3、导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：6南京航空航天大学硕士学位论文摘要低温条件下在结构材料表面制备高含量的α-Al2O

4、3防氚渗透涂层是聚变堆包层技术发展中的难题。为此，本文提出采用磁控溅射技术在316L不锈钢表面制备Al-Y涂层并对其进行氧化获得α-Al2O3涂层，研究稀土元素Y和离子轰击对α-Al2O3涂层组织结构及性能的影响，对低温下制备性能优异的高含量α-Al2O3防氚渗透涂层具有重要的意义。3本文利用磁控溅射技术在316L不锈钢表面制备Al-Y涂层，并经过L16(4)正交试验，得到优化的工艺参数为：溅射功率300w，溅射时间3h，溅射气压5pa。在该工艺参数下制备的Al-Y涂层表面平整光滑，均匀致密，为连续的非晶

5、态薄膜。随后对磁控溅射Al-Y涂层分别进行等4离子氧化和热氧化，经过L9(3)正交试验获得的等离子氧化优化的工艺参数为：温度800℃，氧气流量50sccm，渗氧时间3h，氩气流量50sccm，电压830V~840V，电流4.0~4.5A，气压55Pa；而热氧化温度为900℃，其他参数与等离子氧化参数一致。磁控溅射Al-Y涂层经等离子氧化和热氧化后均有稳态α-Al2O3生成。研究了氧化过程中离子轰击对α-Al2O3涂层组织结构及性能的影响。发现同样条件下磁控溅射所获得的涂层经800℃等离子氧化后比900℃热

6、氧化后表面稳态α-Al2O3含量更高，因离子轰击是一种活化过程，在这个过程中会产生很多的晶体缺陷，这些缺陷能储备一定的能量，在一定温度下能量释放，可以抵消部分反应能垒，促进稳态α-Al2O3的形成。同时，离子轰击还可使氧化涂层组织更加细密，结合性能、耐腐蚀性能和抗热震性能更好。研究了稀土元素Y对α-Al2O3涂层组织结构及性能的影响。XRD测试结果表明，不同含Y量的氧化涂层中α-Al2O3含量不同，其中含30%Y元素靶材磁控溅射Al-Y涂层经氧化后稳态α-Al2O3含量较高，这可能是当添加适量稀土元素Y时

7、，在氧化初期形成了Y的氧化物质点，这些质点可以为Al元素直接形成稳定的α-Al2O3相提供形核点，促进了稳态α-Al2O3的择优生成。SEM观察发现，适量Y元素的加入可细化α-Al2O3涂层组织，使涂层表面组织更加均匀、致密。此外，热震试验、划痕法和电化学测试结果表明，适量的Y元素的加入还可提高涂层的结合性能、抗热震性能和耐腐蚀性能。关键词：磁控溅射，Al-Y涂层，等离子氧化，热氧化，α-Al2O3含量，结合力，耐蚀性i合金元素Y及离子轰击对α-Al2O3涂层的影响AbstractTopreparehig

8、hcontentofα-Al2O3tritiumpermeationbarrierinlowtemperatureonstructuralmaterialsisaproblemfacinginthetechnologyoffusionreactorblanket.Therefore,itwasproposedinthisworktoprepareAl-Ycoatingson316Lstainlesssteelandoxidiz