等離子滲法低溫制備α-Al2O3薄膜及其性能研究.pdf

1、α-Al2O3涂層被認(rèn)為是核聚變結(jié)構(gòu)件表面阻氚滲透涂層的理想材料。但是，穩(wěn)態(tài)α-Al2O3相變所需的高溫（大于1000℃）會嚴(yán)重影響基體材料的機(jī)械性能。為了在低溫下（580℃）制備α-Al2O3涂層，本課題同時引入高能離子轟擊和α-Al2O3晶種添加兩種途徑。采用復(fù)合處理法，先采用雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)在316L不銹鋼表面制備含有不同含量α-Al2O3晶種的鋁涂層，然后，通過等離子氧化，制備氧化鋁涂層。此外，還探索了用加弧輝光等離子鍍

2、鋁+等離子氧化的方法制備α-Al2O3涂層。
　　通過小角度X射線衍射（GAXRD）、X射線光電子能譜分析（XPS）及掃描電子顯微鏡（SEM）等研究涂層微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分及顯微形貌。不僅優(yōu)化了涂層制備的工藝參數(shù)還表征了涂層與基體間的結(jié)合力、耐摩擦磨損性能以及耐電化學(xué)腐蝕性能。進(jìn)而分析了靶材中納米α-Al2O3添加量對鋁涂層的沉積、等離子氧化過程以及涂層性能的影響，得出主要結(jié)論如下：
　　首先，成功制備了α-Al2O3晶種彌散

3、分布的鐵鋁化合物涂層。涂層均勻致密，形成FeAl3/FeAl/Fe3Al梯度結(jié)構(gòu)，界面呈冶金結(jié)合，α-Al2O3均勻分布在涂層中。隨著靶材中α-Al2O3含量的增加，所制備的涂層中α-Al2O3相對含量也增加。用α-Al2O3含量為20％的靶材制得到的涂層結(jié)合力最大，達(dá)到65.13 N。α-Al2O3顆粒的存在彌散強(qiáng)化了鋁滲層，表現(xiàn)出較好的耐磨性。涂層的耐腐蝕性能與涂層中的α-Al2O3晶種含量成正比。
　　其次，含有晶種的鐵鋁化

4、合物涂層經(jīng)過等離子氧化得到了Al2O3涂層。涂層中除了存在γ-Al2O3、θ-Al2O3以及α-Fe2O3相之外，在580℃下成功得到了α-Al2O3相。用含有α-Al2O310%的靶材制備的氧化鋁涂層，α-Al2O3相相對含量達(dá)65.54%，與純鋁涂層同條件氧化結(jié)果相比，α-Al2O3相含量增加10.34%。隨鋁涂層中晶種含量增多，其誘導(dǎo)作用有所減弱。涂層與基體間呈冶金結(jié)合，使用α-Al2O3含量為20%的靶材制備的氧化鋁涂層和基體間

5、結(jié)合力最大，達(dá)71.4N。使用含α-Al2O310%的靶材制備的氧化鋁涂層展現(xiàn)出最小的磨損體積和最好的耐蝕性。
　　最后，為了加快鋁涂層沉積速率，去除涂層表面的鐵等雜質(zhì)元素，采用加弧輝光等離子鍍鋁技術(shù)制備表面鋁含量為100%的納米晶鋁涂層。在600℃下熱處理+等離子氧化，得到α-Al2O3含量約60.24%的氧化鋁涂層。涂層顯示了優(yōu)異的耐磨性能和耐腐蝕性能，摩擦系數(shù)（0.55）、磨損體積（5.28×106μm3）和自腐蝕電流（0.