大气等离子喷涂法、离心燃烧合成法制备防氚涂层

摘要

在聚变堆研究领域里面，包层结构中的防氚涂层一直是聚变堆材料研究的关键技术之一。本文介绍了当前的几种防氚涂层以及制备技术。涂层种类包括氧化物、铝化物、硅化物、钛化物涂层，制备技术如化学密实化涂层技术(CDC)、磁控溅射(MS)、空心阴极离子镀(HCD)、射频溅射法（RFS）、化学气相沉积(CVD)、热浸镀铝(HDA)、离子注入和真空等离子体喷涂(VPS)等。
　　本文主要研究成果如下:
　　(1)利用大气等离子喷涂法制备的Al2O3复合涂层相成分为稳态α-Al2O3和亚稳态γ-Al2O3，形貌为层片状组织，含有缺陷如孔洞、微裂纹和未熔融粉末颗粒。
　　(2)5719工厂喷涂的Al2O3涂层孔隙最少，硬度最高;625所制备的Al2O3+50wt％SiC涂层孔隙最多，硬度最低，但因存在锚接效应使得结合强度反而增高;Al+50wt％SiC涂层和Al2O3涂层孔隙数目相对居中，其中后者硬度居中，结合强度较前者稍低。
　　(3)就不同钢基体而言，用大气等离子喷涂法在316L基体上制备的Al2O3复合涂层孔隙率最低，硬度最高;CNS-Ⅰ、CNS-Ⅱ、45钢以及Al-6XN基体上喷涂的涂层孔隙率要高，硬度稍低。CNS-Ⅰ、CNS-Ⅱ钢与涂层的结合强度最高，45钢次之，316L和Al-6XN最低。
　　(4)热处理对大气等离子喷涂Al2O3复合涂层有扩散作用，热处理后涂层结合强度整体提高，其中Al+50wt.％SiC涂层结合强度超过了Al2O3+50wt.％SiC涂层，316L基体上制备涂层的结合强度较未热处理时显著提高。
　　(5) Al+Fe2O3+SiO2体系用离心-燃烧合成法来制备陶瓷内衬复合管，5种陶瓷内衬复合管的相成分以α-Al2O3为主，还存在少量的Fe+2Al2O4铁铝尖晶石相，添加剂SiO2并未改变涂层的主要成分。
　　(6)陶瓷内衬复合管的陶瓷层和钢管之间由一层铁过渡层紧密结合，陶瓷层上分布着弥散的铁、铝颗粒以及微小孔洞。腐蚀后的形貌由α-Al2O3枝晶和位于枝晶之间的Fe+2Al2O4金属氧化物组成。
　　(7)管径和SiO2添加剂的量都会对性能有影响。管径增大，显微硬度增大，压渍强度增大，压剪强度减小，孔隙率降低，密度增大，抗热震次数减少。随着SiO2增加到8％，孔隙率增大，压溃强度减小但压剪强度增加，密度、显微硬度和热震性均变化不大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 防氚涂层研究背景

1．2 包层结构的研究

1．2．1 聚变堆包层结构材料的选择

1．2．2 防氚涂层的种类

1．3 等离子喷涂法技术概述和发展现状

1．3．1 等离子喷涂法原理和优缺点

1．3．2 等离子喷涂发展概况

1．4 离心-燃烧合成技术概述和发展现状

1．4．1 燃烧合成原理、特点和发展现状

1．4．2 离心-燃烧合成原理、特点和发展现状

1．5 本文研究目的和主要内容

第二章 实验材料、设备及方法

2．1 大气等离子喷涂法制备氧化铝复合涂层

2．1．1 试验材料

2．1．2 涂层制备方法

2．2 离心-燃烧合成法制备氧化铝内涂层

2．2．1 试验材料

2．2．2 涂层设备和制备方法

2．3 微观结构表征和性能测试

2．3．2 涂层形貌特征分析

2．3．3 涂层物相分析

2．3．4 孔隙率

2．3．5 显微硬度

2．3．6 结合强度

2．3．7 抗热震性

第三章 大气等离子喷涂法制备Al2O3复合涂层研究

3．1 大气等离子喷涂制备Al2O3复合涂层

3．1．1 微观组织

3．1．2 相成分分析

3．1．3 显微硬度

3．1．4 结合强度

3．2 钢基体对大气等离子喷涂制备Al2O3复合涂层的影响

3．2．1 钢基体对大气等离子喷涂Al2O3复合涂层微观组织结构的影响

3．2．2 钢基体对大气等离子喷涂Al2O3复合涂层孔隙率的影响

3．2．3 钢基体对大气等离子喷涂Al2O3复合涂层显微硬度的影响

3．2．4 钢基体对大气等离子喷涂Al2O3复合涂层结合强度的影响

3．3 后续热处理对大气等离子喷涂氧化铝复合涂层的影响

3．4 小结

第四章 离心-燃烧合成法制备钢管内衬氧化铝涂层研究

4．1 钢管内衬氧化铝涂层相成分分析

4．2 钢管内衬氧化铝涂层形貌

4．2．1 宏观形貌

4．2．2 微观形貌和能谱分析

4．3 陶瓷内衬氧化铝涂层的性能

4．3．1 管径对陶瓷内衬层性能的影响

4．3．2 添加剂SiO2含量对陶瓷内衬层性能的影响

4．4 小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果