高純氧化釔復合塗層的研製
氧化釔塗層是近年來發展起來的一種新型塗層，因其優異的抗等離子腐蝕性能在電子行業、航空航天領域得到廣氾的應用。由於氧化釔塗層具有比氧化鋁更好的抗等離子體沖蝕性能和更長的使用壽命而逐步取代氧化鋁陶瓷塗層材料，使刻蝕機反應室塗層的防護性能得到了成倍的提高。目前，國外及國內很多研究機構已開展高純氧化釔塗層制備及其性能研究，對其制備工藝、抗等離子體腐蝕、熱穩定性、熱震性能等進行了系列研究，但針對刻蝕機鋁制零件表面塗層結構及性能研究還不全面。而對於單層高純氧化釔塗層，其厚度有限，若基體出現等離子體刻蝕露點將對刻蝕質量造成嚴重危害。本文針對刻蝕機特殊使用環境，設計了氧化鋁、氧化釔雙層塗層，並對復合塗層的制備及性能進行了研究。
試驗方法
本文採用鋁合金樣塊作為基體材料，採用等離子噴塗方法制備高純氧化釔單層塗層（塗層1），對基體進行除油、噴砂等前處理后，直接進行氧化釔塗層的噴塗。採用德國GTV公司等離子噴塗系統進行氧化釔塗層制備，主氣流量為38L/min，輔氣流量為15L/min，電流為600A，噴塗距離為240mm，噴塗材料採用進口自製高純氧化釔球形熱噴塗粉末，粉末粒度範圍在20～45μm之間。
雙層復合塗層（塗層2）的底層為等離子噴塗方法制備的氧化鋁層，表層為等離子噴塗主法制備的高純氧化釔塗層。底層採用燒結破碎氧化鋁粉末，制備工藝參數為：主氣流量39L/min，輔氣流量12L/min，電流620A，噴塗距離200mm。表層採用塗層1的制備方法及工藝。
採用HITACHI S-3500N型掃描電鏡對塗層1和2進行微觀組織形貌觀測，對塗層孔隙率進行分析；採用WDW-100A型微機控制電子式 試驗機對塗層結合強度進行測試；採用TIME TR100表面粗糙度儀對塗層制備粗糙度進行測試；對鋁合金基體上的氧化釔噴塗和氧化鋁塗層上的氧化釔噴塗進行沉積率測試。
試驗結果與討論
塗層顯微組織與孔隙率
塗層1、2的截面微觀組織形貌分別可以看出，復合塗層中氧化鋁及氧化釔層的緻密度和孔隙率相當，也與單層氧化釔塗層的孔隙率接近。同時氧化釔與氧化鋁層間結合緊密，不存在明顯裂紋及裂紋源。氧化鋁層作為抗等離子腐蝕層具有優良的抗蝕性能，作為底層可在氧化釔塗層失效時起到暫時保護基體的作用。控制塗層2中氧化釔表層的厚度，使之達到塗層1 中氧化釔層的厚度，則可以使復合塗層具有優于單層塗層的抗蝕性能。
塗層粗糙度測試結果
兩種塗層噴塗后不進行任何后加工，進行表面粗糙度測試，測試結果可以看出，兩種塗層的表面粗糙度都較低，一次噴塗成型后表面光潔度較高。塗層2的粗糙度較塗層1略大，這是由於塗層2的氧化釔塗層是在氧化鋁塗層上進行制備的，而氧化鋁層本身的粗糙度較基體高，因此上層塗層粗糙度略高。
塗層結合強度測試結果
塗層1、2與基體的結合強度測試結果可知，單層塗層結合強度平均值為5.7MPa，復合塗層結合強度平均值為7.8MPa。觀察塗層1、2的斷裂面發現，塗層的斷裂均出現在氧化釔層內部。說明復合塗層設計不會降低塗層結合強度。相反，氧化鋁層增加了噴塗氧化釔層的層面粗糙度，增加了氧化釔層的結合強度。同時，氧化釔塗層結合強度仍在可清除再加工範圍內，不會給塗層維護、修復造成難度。
氧化釔塗層噴塗沉積率測試結果
對兩種塗層制備過程中氧化釔層的沉積率進行測試，單層塗層沉積率為31.4%，復合塗層中氧化釔層沉積率為36.7%。復合塗層中氧化釔噴塗沉積率較高，這是由於氧化鋁層表面粗糙度較鋁合金基體大，熔化的氧化釔液滴更容易粘結在底層表面。雖然氧化鋁為陶瓷層，但其熔點低於氧化釔，且與氧化釔熱膨脹係數更為接近，高溫下有利於與氧化釔的冶金結合，同時待噴塗結束塗層冷卻后，兩層塗層間不易存在大的應力，不容易開裂與脫落。在氧化釔塗層厚度一定的情況下，較大的沉積率可以縮短噴塗加工時間，減小噴塗對基體造成的熱影響，提高塗層質量。
結論
在鋁合金基體表面制備等離子噴塗氧化鋁復合高純氧化釔雙層塗層具有微觀組織緻密度高、孔隙率小的特點，其結合強度、表面粗糙度均大於單層氧化釔塗層，雙層塗層制備過程中的氧化釔沉積率高于單層塗層。
復合塗層可減小制備過程對基體的熱影響，降低塗層應力，同時在等離子體沖蝕中可減緩塗層的徹底失效，有效保護基體，並且具有易清除再加工的特點，可作為抗等離子體沖蝕用復合塗層。
咨詢電話：15552676809，歡迎來電咨詢！
試驗方法
本文採用鋁合金樣塊作為基體材料，採用等離子噴塗方法制備高純氧化釔單層塗層（塗層1），對基體進行除油、噴砂等前處理后，直接進行氧化釔塗層的噴塗。採用德國GTV公司等離子噴塗系統進行氧化釔塗層制備，主氣流量為38L/min，輔氣流量為15L/min，電流為600A，噴塗距離為240mm，噴塗材料採用進口自製高純氧化釔球形熱噴塗粉末，粉末粒度範圍在20～45μm之間。
雙層復合塗層（塗層2）的底層為等離子噴塗方法制備的氧化鋁層，表層為等離子噴塗主法制備的高純氧化釔塗層。底層採用燒結破碎氧化鋁粉末，制備工藝參數為：主氣流量39L/min，輔氣流量12L/min，電流620A，噴塗距離200mm。表層採用塗層1的制備方法及工藝。
採用HITACHI S-3500N型掃描電鏡對塗層1和2進行微觀組織形貌觀測，對塗層孔隙率進行分析；採用WDW-100A型微機控制電子式 試驗機對塗層結合強度進行測試；採用TIME TR100表面粗糙度儀對塗層制備粗糙度進行測試；對鋁合金基體上的氧化釔噴塗和氧化鋁塗層上的氧化釔噴塗進行沉積率測試。
試驗結果與討論
塗層顯微組織與孔隙率
塗層1、2的截面微觀組織形貌分別可以看出，復合塗層中氧化鋁及氧化釔層的緻密度和孔隙率相當，也與單層氧化釔塗層的孔隙率接近。同時氧化釔與氧化鋁層間結合緊密，不存在明顯裂紋及裂紋源。氧化鋁層作為抗等離子腐蝕層具有優良的抗蝕性能，作為底層可在氧化釔塗層失效時起到暫時保護基體的作用。控制塗層2中氧化釔表層的厚度，使之達到塗層1 中氧化釔層的厚度，則可以使復合塗層具有優于單層塗層的抗蝕性能。
塗層粗糙度測試結果
兩種塗層噴塗后不進行任何后加工，進行表面粗糙度測試，測試結果可以看出，兩種塗層的表面粗糙度都較低，一次噴塗成型后表面光潔度較高。塗層2的粗糙度較塗層1略大，這是由於塗層2的氧化釔塗層是在氧化鋁塗層上進行制備的，而氧化鋁層本身的粗糙度較基體高，因此上層塗層粗糙度略高。
塗層結合強度測試結果
塗層1、2與基體的結合強度測試結果可知，單層塗層結合強度平均值為5.7MPa，復合塗層結合強度平均值為7.8MPa。觀察塗層1、2的斷裂面發現，塗層的斷裂均出現在氧化釔層內部。說明復合塗層設計不會降低塗層結合強度。相反，氧化鋁層增加了噴塗氧化釔層的層面粗糙度，增加了氧化釔層的結合強度。同時，氧化釔塗層結合強度仍在可清除再加工範圍內，不會給塗層維護、修復造成難度。
氧化釔塗層噴塗沉積率測試結果
對兩種塗層制備過程中氧化釔層的沉積率進行測試，單層塗層沉積率為31.4%，復合塗層中氧化釔層沉積率為36.7%。復合塗層中氧化釔噴塗沉積率較高，這是由於氧化鋁層表面粗糙度較鋁合金基體大，熔化的氧化釔液滴更容易粘結在底層表面。雖然氧化鋁為陶瓷層，但其熔點低於氧化釔，且與氧化釔熱膨脹係數更為接近，高溫下有利於與氧化釔的冶金結合，同時待噴塗結束塗層冷卻后，兩層塗層間不易存在大的應力，不容易開裂與脫落。在氧化釔塗層厚度一定的情況下，較大的沉積率可以縮短噴塗加工時間，減小噴塗對基體造成的熱影響，提高塗層質量。
結論
在鋁合金基體表面制備等離子噴塗氧化鋁復合高純氧化釔雙層塗層具有微觀組織緻密度高、孔隙率小的特點，其結合強度、表面粗糙度均大於單層氧化釔塗層，雙層塗層制備過程中的氧化釔沉積率高于單層塗層。
復合塗層可減小制備過程對基體的熱影響，降低塗層應力，同時在等離子體沖蝕中可減緩塗層的徹底失效，有效保護基體，並且具有易清除再加工的特點，可作為抗等離子體沖蝕用復合塗層。
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