Al2O3-TiO2复相涂层界面特性与LBE腐蚀性能研究

摘要

论文以CrFe粉、FeAl粉和纯Ti粉为原料，用热喷涂和激光原位反应复合工艺在中国低活化马氏体（CLAM）钢基材表面制备了Al2O3-TiO2复相涂层。采用光学显微镜（OM）、X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）、拉压试验机以及维氏硬度计等对涂层的形貌组织及相关性能进行了表征与测试，主要获得的研究结果有：
　　(1)制备出的 Al2O3-TiO2复相涂层表面形貌平整、无气孔、无裂纹等缺陷；涂层组织均匀致密，晶粒比较细小；涂层物相组成为Al2O3、TiO2、Fe2TiO5、Fe-Cr、(Al.948Cr.052)2O3、(Al0.9Cr0.1)2O3。涂层的组成物相种类由表及里基本不变，但是物相的含量有所起伏。
　　(2) Al2O3-TiO2复相涂层/基材CLAM钢界面附近的涂层显微硬度平均值为2219.7 HV0.1。当涂层很薄时压痕周围出现裂纹；当涂层相对较厚时，压痕轮廓清晰可见，没有裂纹产生。
　　(3)参考国家标准GB/T6396-2008，设计研制了涂层/基材界面的剪切强度测试装置。采用用多次测量求平均值的方法得到Al2O3-TiO2复相涂层与基材CLAM钢界面的平均剪切强度为280 MPa，标准差为5.5 MPa，离散系数为1.96％，测试数值稳定。Al2O3-TiO2复相涂层与基材CLAM钢之间形成了很好的冶金结合，结合强度较高。
　　(4)对Al2O3-TiO2复相涂层试样进行了辐照能量为200 keV，剂量分别为5?1016 ions/cm2与5?1017 ions/cm2的氦离子辐照。对辐照后的涂层试样进行了550℃的铅铋合金（LBE）腐蚀实验，腐蚀时间分别是200小时、300小时和500小时。在基材CLAM钢中，铅的扩散深度随着腐蚀时间的延长而增加，200小时、300小时和500小时腐蚀后铅的扩散深度分别为13μm、18μm、30μm左右，然而，在辐照过后的Al2O3-TiO2复相涂层中，即使是500小时的静态LBE腐蚀后也没有铅铋的扩散现象。腐蚀后的涂层完好，没有明显的铅铋腐蚀迹象。这主要因为Al2O3-TiO2复相涂层组织结构致密、有着较好的抗液态金属润湿的陶瓷层结构有关。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容、技术路线与创新之处

1.4 资助项目

第2章 Al2O3-TiO2复相涂层的制备与表征

2.1 Al2O3-TiO2复相涂层的制备

2.2 Al2O3-TiO2复相涂层的表征

2.3 本章小结

第3章 Al2O3-TiO2复相涂层的界面性能

3.1 Al2O3-TiO2复相涂层的界面显微硬度

3.2 Al2O3-TiO2复相涂层的界面剪切性能

3.3 本章小结

第4章 Al2O3-TiO2复相涂层的LBE腐蚀性能

4.1 氦离子辐照

4.2 铅铋合金腐蚀

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间的科研成果

致谢