【摘要】：金屬的腐蝕不僅會造成重大的經(jīng)濟損失,而且還會造成災(zāi)難性重大事故,因此,金屬材料的防腐蝕研宄長期以來是材料領(lǐng)域的研宄熱點。氧化物陶瓷具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性能,有望應(yīng)用于金屬材料的防護涂層。然而,由于膨脹系數(shù)存在差異,氧化物陶瓷與金屬基體在結(jié)合過程中仍然存在結(jié)合力差的問題。鈦酸鋁(Al_2TiO_5)是一種典型的氧化物陶瓷材料,由于具有耐腐蝕、熔點高、熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性能優(yōu)異等優(yōu)點,在金屬材料腐蝕防護領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。本文采用直流磁控濺射技術(shù),以316L不銹鋼為基體,通過Al、Ti雙靶共濺射制備了Al-Ti薄膜。然后,在空氣氣氛下對Al-Ti薄膜進行熱處理,最終在316L不銹鋼表面制備了Al-Ti-O薄膜。研宄了Ti含量、基體溫度和濺射氣壓等工藝參數(shù)對薄膜的形貌結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性、物相結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。通過測試極化曲線、交流阻抗以及腐蝕形貌分析,研究了Al-Ti-O薄膜的耐腐蝕性能。主要研宄內(nèi)容與結(jié)果如下:(1)Ti含量影響Al-Ti-O薄膜的形貌、晶體結(jié)構(gòu)、孔隙率以及薄膜耐腐蝕性能。通過控制Ti靶的濺射功率,制備了Ti含量不同的A1-Ti-O薄膜。當(dāng)沉積到基體表面的Al、Ti原子有序化程度較高時,薄膜傾向于島狀生長,并且結(jié)晶性增加。Al-Ti薄膜在空氣中非常容易被氧化,熱處理工藝使薄膜氧化更嚴(yán)重,同時薄膜的結(jié)晶性增加、薄膜內(nèi)的缺陷減少。Al-Ti-O薄膜結(jié)晶生成的主要物質(zhì)是Al_2TiO_5、Al_2O_3、TiO_2。薄膜的厚度會隨著Ti靶功率的增加而增厚,熱處理工藝使薄膜的厚度增加了約90 nm。Ti含量影響薄膜的孔隙率。Al-Ti-O薄膜的耐腐蝕性不僅受薄膜物相結(jié)構(gòu)的影響,也受薄膜孔隙率的影響。在Ti靶功率為210 W制備的Al-Ti-O薄膜的腐蝕電流密度為6.7 nA·cm~（-2）,孔隙率為5.92%,薄膜的耐腐蝕性能最好。(2)基體溫度影響Al-Ti-O薄膜的形貌、晶體結(jié)構(gòu)、孔隙率以及薄膜耐腐蝕性能。通過控制316L基體的溫度,在不同基體溫度下制備了Al-Ti-O薄膜。研究發(fā)現(xiàn),隨著基體溫度的升高,薄膜的生長方式從島狀生長轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝钌L最后變?yōu)閸u狀生長,并且薄膜的結(jié)晶性增加。熱處理工藝會使薄膜鋱化史嚴(yán)屯,并且熱處理后薄膜的結(jié)晶性增加。Al-Ti-O薄膜結(jié)品生成的k要物質(zhì)為Al_2TiO_5、Al_2O_3、TiO_2�；w溫度對薄膜的厚度影響較小,熱處理后薄膜厚度增加了約為90 nm�；w溫度對薄膜的孔隙率的影響較大,溫度越高薄膜的孔隙率越小。Al-Ti-O薄膜的耐腐蝕性隨著制備薄膜的基片溫度的升高而增加。薄膜的耐腐蝕性主要受孔隙率的影響。在基片溫度400℃下制備的Al-Ti-O薄膜的腐蝕電流最小(2.66 nA·cm_(-2)),孔隙率最小(1.73%),耐腐蝕性能最好。(3)濺射氣壓影響Al-Ti-O薄膜的形貌、晶體結(jié)構(gòu)、孔隙率以及薄膜耐腐蝕性能。研究發(fā)現(xiàn),隨著濺射氣壓的升高,薄膜的生長方式從島狀生長轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝钌L最后變?yōu)閸u狀生長,并且薄膜的結(jié)晶性降低。熱處理工藝會使薄膜氧化更嚴(yán)重,并且熱處理后薄膜的結(jié)晶性增加,薄膜的厚度也會有所增加。薄膜結(jié)晶生成的主要物質(zhì)為Al_2TiO_5、Al_2O_3、TiO_2。濺射氣壓對薄膜的孔隙率影響較小,孔隙率隨著濺射氣壓的升高先升高后降低。Al-Ti-O薄膜的耐腐蝕性隨著制備薄膜的濺射氣壓的升高先降低后升高。薄膜的耐腐蝕性主要受薄膜孔隙率的影響。濺射氣壓0.4 Pa制備的Al-Ti-O薄膜的腐蝕電流密度為1.97 nA·cm-2,孔隙率為0.94%,薄膜的耐腐蝕性能最好。
【圖文】：

逡逑圖１．１欽酸鋁陶瓷晶體的結(jié)構(gòu)示意圖Ｍ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｓｋｅｔｃｈ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＡＩ２Ｔ１Ｏ５邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ１３３１逡逑２０１５＊Ｃ￣￣Ｉ邐＊邐＇邐＊邐＊邋丨八－本逡逑２０００邋／邋、＼邋＼逡逑Ｘ邋ｍｕｉｄ邐、）逡逑＼邐＾２０－Ｃ［＿＿Ｖ逡逑１９００邋＾逡逑邐１８４０邋（邐４－邐ＩＳ４５－Ｃ逡逑ＡＩ２Ｏ３．邋Ｑ邋ＡＩ２Ｄ１．邋Ｔｉｂ；邐、＼邋ｊ邋Ｌｉｑｕｉｄ逡逑１８００邐１８２０．ｄ＼、逡逑Ａ＋0３邐Ｐ邋Ａ１２０３．Ｔｉ０２＼邐／邋＾逡逑＾邋ＡＩ２Ｏ３邋Ｔ１Ｏ２邐＾Ｌｉｑｕｉｄ邋１７０５邋ｖ＼／邋Ｌｉｑｕｉｄ逡逑１７００邐邐＾邐逡逑ｐ邋Ａ�。�0３．Ｔｉ０２＋Ｔｉ0２逡逑１邋Ｉ邋１邋Ｉ邋Ｉ邋１邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑ＡＩ２Ｏ３邐２０邐４０邐６０邐８０邐ＴｉＯｚ逡逑圖１．２Ａｂ0３－Ｔｉ0２的二元相圖１３３丨逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｐｈａｓｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ａｌ２0３－Ｔｉ0２邋ｓｙｓｔｅｍ１３”逡逑１．２．２鈦酸鋁陶瓷的特性與應(yīng)用逡逑鈦酸鋁陶瓷具有抗渣、耐酸堿腐蝕、對玻璃熔體浸潤性差和耐侵蝕的特點，逡逑同時還有很低的熱膨脹系數(shù)、較高的熔點、優(yōu)良的抗熱震性能和熱導(dǎo)率的特點，逡逑因此鈦酸鋁陶瓷材料能夠廣泛的應(yīng)用于化工、冶金、陶瓷、汽車和環(huán)保等領(lǐng)域逡逑中的一些耐高溫、耐腐蝕和抗熱震等苛刻的環(huán)境中。逡逑例如，作為耐高溫、耐腐蝕、抗氧化保護涂層，防止從ＳｉＮ４、ＳｉＣ等陶瓷逡逑材料的高溫氧化和熱鹽腐蝕［３４＿３６１及作為其熱障涂層［３７１。在冶金行業(yè)中，鈦酸鋁逡逑３逡逑

空室內(nèi)壁及靶源陽極上。而Ａｒ＋離子在高壓電場加速作用下，與靶材撞擊導(dǎo)致逡逑靶材表面的原子吸收離子的動能而脫離原晶格束縛，呈中性的靶原子逸出靶材逡逑的表面飛向基片，并在基片上沉積形成薄膜（圖１．３，磁控濺射原理示意圖）「２＇７３１。逡逑磁場的加入提高了電子與氬原子碰撞的幾率，進而促進了電離的發(fā)生，，靶材表逡逑而的等離子體區(qū)域內(nèi)電離后再次產(chǎn)生的電子也加入到碰撞的過程屮，使得碰撞逡逑的機率提高好幾個數(shù)量級，從而磁控濺射沉積速率與沒有磁擰鈐結(jié)構(gòu)的濺射相逡逑比得到／極大的提高｜７４＿７６］。逡逑７逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4

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本文編號：2656324