氧化釔涂層是近年來發(fā)展起來的一種新型涂層，因其的抗等離子腐蝕性能在電子行業(yè)、航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于氧化釔涂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涂層材料，使刻蝕機(jī)反應(yīng)室涂層的防護(hù)性能得到了成倍的提高。目前，國外及國內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)已開展高純氧化釔涂層制備及其性能研究，對其制備工藝、抗等離子體腐蝕、熱穩(wěn)定性、熱震性能等進(jìn)行了系列研究，但針對刻蝕機(jī)鋁制零件表面涂層結(jié)構(gòu)及性能研究還不一體。而對于單層高純氧化釔涂層，其厚度有限，若基體出現(xiàn)等離子體刻蝕露點(diǎn)將對刻蝕質(zhì)量造成嚴(yán)重危害。本文針對刻蝕機(jī)特殊使用環(huán)境，設(shè)計(jì)了氧化鋁、氧化釔雙層涂層，并對復(fù)合涂層的制備及性能進(jìn)行了研究。
　　
　　試驗(yàn)方法
　　
　　本文采用鋁合金樣塊作為基體材料，采用等離子噴涂方法制備高純氧化釔單層涂層（涂層1），對基體進(jìn)行除油、噴砂等前處理后，直接進(jìn)行氧化釔涂層的噴涂。采用德國GTV公司等離子噴涂系統(tǒng)進(jìn)行氧化釔涂層制備，主氣流量為38L/min，輔氣流量為15L/min，電流為600A，噴涂距離為240mm，噴涂材料采用進(jìn)口自制高純氧化釔球形熱噴涂粉末，粉末粒度范圍在20～45μm之間。
　　
　　雙層復(fù)合涂層（涂層2）的底層為等離子噴涂方法制備的氧化鋁層，表層為等離子噴涂主法制備的高純氧化釔涂層。底層采用燒結(jié)破碎氧化鋁粉末，制備工藝參數(shù)為：主氣流量39L/min，輔氣流量12L/min，電流620A，噴涂距離200mm。表層采用涂層1的制備方法及工藝。
　　
　　采用HITACHIS-3500N型掃描電鏡對涂層1和2進(jìn)行微觀zuzhi形貌觀測，對涂層孔隙率進(jìn)行分析；采用WDW-100A型微機(jī)控制電子式多功能試驗(yàn)機(jī)對涂層結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測試；采用TIMETR100表面粗糙度儀對涂層制備粗糙度進(jìn)行測試；對鋁合金基體上的氧化釔噴涂和氧化鋁涂層上的氧化釔噴涂進(jìn)行沉積率測試。
　　
　　試驗(yàn)結(jié)果與討論
　　
　　涂層顯微zuzhi與孔隙率
　　
　　涂層1、2的截面微觀zuzhi形貌分別可以看出，復(fù)合涂層中氧化鋁及氧化釔層的致密度和孔隙率相當(dāng)，也與單層氧化釔涂層的孔隙率接近。同時(shí)氧化釔與氧化鋁層間結(jié)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(yōu)良的抗蝕性能，作為底層可在氧化釔涂層失效時(shí)起到暫時(shí)保護(hù)基體的作用�？刂仆繉�2中氧化釔表層的厚度，使之達(dá)到涂層1中氧化釔層的厚度，則可以使復(fù)合涂層具有優(yōu)于單層涂層的抗蝕性能。
　　
　　涂層粗糙度測試結(jié)果
　　
　　兩種涂層噴涂后不進(jìn)行任何后加工，進(jìn)行表面粗糙度測試，測試結(jié)果可以看出，兩種涂層的表面粗糙度都較低，一次噴涂成型后表面光潔度較高。涂層2的粗糙度較涂層1略大，這是由于涂層2的氧化釔涂層是在氧化鋁涂層上進(jìn)行制備的，而氧化鋁層本身的粗糙度較基體高，因此上層涂層粗糙度略高。
　　
　　涂層結(jié)合強(qiáng)度測試結(jié)果
　　
　　涂層1、2與基體的結(jié)合強(qiáng)度測試結(jié)果可知，單層涂層結(jié)合強(qiáng)度平均值為5.7MPa，復(fù)合涂層結(jié)合強(qiáng)度平均值為7.8MPa。觀察涂層1、2的斷裂面發(fā)現(xiàn)，涂層的斷裂均出現(xiàn)在氧化釔層內(nèi)部。說明復(fù)合涂層設(shè)計(jì)不會(huì)降低涂層結(jié)合強(qiáng)度。相反，氧化鋁層增加了噴涂氧化釔層的層面粗糙度，增加了氧化釔層的結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，氧化釔涂層結(jié)合強(qiáng)度仍在可清除再加工范圍內(nèi)，不會(huì)給涂層維護(hù)、修正造成難度。
　　
　　氧化釔涂層噴涂沉積率測試結(jié)果
　　
　　對兩種涂層制備過程中氧化釔層的沉積率進(jìn)行測試，單層涂層沉積率為31.4%，復(fù)合涂層中氧化釔層沉積率為36.7%。復(fù)合涂層中氧化釔噴涂沉積率較高，這是由于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(jié)在底層表面。雖然氧化鋁為陶瓷層，但其熔點(diǎn)低于氧化釔，且與氧化釔熱膨脹系數(shù)更為接近，高溫下有利于與氧化釔的冶金結(jié)合，同時(shí)待噴涂結(jié)束涂層冷卻后，兩層涂層間不易存在大的應(yīng)力，不容易開裂與脫落。在氧化釔涂層厚度一定的情況下，非常大的沉積率可以縮短噴涂加工時(shí)間，減小噴涂對基體造成的熱影響，提高涂層質(zhì)量。
　　
　　結(jié)論
　　
　　在鋁合金基體表面制備等離子噴涂氧化鋁復(fù)合高純氧化釔雙層涂層具有微觀zuzhi致密度高、孔隙率小的特點(diǎn)，其結(jié)合強(qiáng)度、表面粗糙度均大于單層氧化釔涂層，雙層涂層制備過程中的氧化釔沉積率高于單層涂層。
　　
　　復(fù)合涂層可減小制備過程對基體的熱影響，降低涂層應(yīng)力，同時(shí)在等離子體沖蝕中可減緩?fù)繉拥耐耆�失效，有效保護(hù)基體，并且具有易清除再加工的特點(diǎn)，可作為抗等離子體沖蝕用復(fù)合涂層。