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文檔簡介
1、低溫條件下在結構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發(fā)展中的難題。為此,本文提出采用磁控濺射技術在316L不銹鋼表面制備Al-Y涂層并對其進行氧化獲得α-Al2O3涂層,研究稀土元素Y和離子轟擊對α-Al2O3涂層組織結構及性能的影響,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在316L不銹鋼表面制備Al-Y涂層,并經(jīng)過L16(43)正交試驗,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涂層分別進行等離子氧化和熱氧化,經(jīng)過L9(34)正交試驗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涂層組織結構及性能的影響。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,可以抵消部分反應能壘,促進穩(wěn)態(tài)α-Al2O3的形成。同時,離子轟擊還可使氧化涂層組
4、織更加細密,結合性能、耐腐蝕性能和抗熱震性能更好。
研究了稀土元素Y對α-Al2O3涂層組織結構及性能的影響。XRD測試結果表明,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,這可能是當添加適量稀土元素Y時,在氧化初期形成了Y的氧化物質點,這些質點可以為Al元素直接形成穩(wěn)定的α-Al2O3相提供形核點,促進了穩(wěn)態(tài)α-Al2O3的擇優(yōu)生成。SEM觀察發(fā)
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