az31镁合金表面磁控溅射al2o3薄膜及其耐腐蚀性能的研究.doc

分类号 单位代码 10618
密级公开学号 2150990008
专业硕士学位论文
AZ31镁合金表面磁控溅射Al2O3薄膜及其耐腐蚀性能的研究
研究生姓名: 胡琳盛
导师姓名及职称: 高正源讲师
申请学位类别工程硕士学位授予单位重庆交通大学
论文提交日期 2018年4月16日
专业领域名称机械工程论文答辩日期 2018年5月31日
2018年5月31日
Study of Corrosion resistance characterization of Al2O3 ceramic film on AZ31 magnesium alloy by ron sputtering
A Dissertation Submitted for the Degree of Master
Candidate:Hu Linsheng
Supervisor:Gao Zhengyuan
Chongqing Jiaotong University, Chongqing, China
重庆交通大学学位论文原创性声明
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摘要
作为理想的现代工业结构材料,镁合金在汽车、航空航天工业等领域具有广阔的应用前景,被誉为“21世纪绿色工程材料”。然而镁合金具有非常高的化学和电化学活性,容易在自然环境中氧化,产生腐蚀现象,使其应用受到限制。因此,寻找一种有效改善镁合金耐蚀的方法成为了当务之急。目前,主要采用各类表面改性技术进行处理。这些技术中,磁控溅射作为一种绿色环保的薄膜沉积技术,具有沉积速率快、功率效率高等特点,近年来得到了国内外研究人员的高度重视,取得了快速的发展,广泛应用于工业薄膜制备领域。
本文基于正交设计理论,采用射频磁控溅射在AZ31镁合金表面沉积Al2O3陶瓷薄膜,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜等检测手段对薄膜进行表征探究溅射工艺参数(沉积时间、溅射功率、负偏压)对薄膜晶粒尺寸的影响。通过电化学测试与单因素试验相结合的方法探究溅射工艺参数对Al2O3陶瓷薄膜耐腐蚀性能影响规律。利用金相显微镜分析手段研究了镁合金基体与Al2O3陶瓷薄膜在NaCl溶液中的腐蚀行为,根据腐蚀电化学理论剖析了其腐蚀机制。研究结果表明:
(1)通过正交预试验对各个溅射工艺参数进行优化得到的的最佳工艺为100min、250W、80V,在此工艺下制备的Al2O3陶瓷薄膜较薄且透明, μm,且表面基本光滑平整、均匀致密。薄膜表面部分区域存在弥散分布的小颗粒,其生长模式为岛状生长模式,且在(221)面具有很好的择优取向。
(2)通过单因素试验进一步研究溅射工艺参数对薄膜晶粒尺寸的影响发现在沉积时间为20min时,晶粒尺寸相对较大,但随着沉积时间的延长,Al2O3陶瓷薄膜的晶粒尺寸逐渐减小。随着溅射功率的提高,Al2O3陶瓷薄膜晶粒尺寸逐渐减小。其中,当溅射功率在250W~300W之间,薄膜的晶粒尺寸极具增大。随着负偏压的增高,晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势。其中,在负偏压为60V时,Al2O3陶瓷薄膜具有最小的晶粒尺寸。
(3)镁合金表面沉积的Al2O3陶瓷薄膜的耐腐蚀性能依镀膜工艺参数的不同而异。沉积时间的延长会使薄膜厚度逐渐变厚,会使薄膜较基体而言表现出更优异的耐腐蚀性能,但过长的沉积时间会导致薄膜龟裂。增高溅射功率会使溅射粒子的能