一种等离子喷涂技术制备氧化铒阻氚渗透涂层的方法

摘要

一种等离子喷涂技术制备氧化铒阻氚渗透涂层的方法，首先将Er

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用等离子喷涂技术制备Er₂O₃（氧化铒）阻氚渗透涂层的方法，属材料表面工程技术领域。

背景技术

随着世界经济的不断高速发展，对能源的需求也不断增加。核聚变能因其清洁、安全且又极其丰富的优势成为国际上公认的彻底解决世界能源问题的重要途径之一。氢的同位素氚是可控热核反应堆的主要原料。但由于氚的原子半径和质量都很小，在大多数金属材料中具有较强的穿透性，氚的渗透不仅将造成核燃料的损失，而且会导致金属结构材料产生氢脆，从而严重影响材料的服役性能及聚变装置的安全可靠性，甚至会对环境造成污染。

Er₂O₃热力学稳定性高，阻氚渗透性能好，同时在中子辐照下能保持原有的电绝缘性能，是一种理想的阻氚渗透材料。通过合适的方法在核聚变堆金属构件表面制备Er₂O₃涂层，将涂层优异的阻氚渗透性能和金属良好的力学性能结合起来，是一种解决氚泄露问题的有效途径。目前，我国这方面的专利还较少。公开号CN>2O₃涂层的方法。公开号CN>2O₃涂层的方法。这两种方法都需要昂贵的真空系统，成本较高，不容易在复杂形状工件上制备涂层，且工件的大小受限于真空室的大小。公开号CN>2O₃涂层的方法。该方法虽成本较低，但凝胶形成的薄膜需在惰性气氛保护下在600-800℃下烧结3-5h方可形成E>2O₃涂层，存在金属基体力学性能在高温烧结过程中易受影响的缺点。

发明内容

本发明的目的是，为了克服现有Er₂O₃阻氚渗透涂层制备方法的缺点，提供一种等离子喷涂技术制备Er₂O₃阻氚渗透涂层的方法。

本发明提供一种等离子喷涂技术制备Er₂O₃阻氚渗透涂层的方法，其步骤包括：

（1）将Er₂O₃粉末置于干燥箱内在100℃下保温1小时以上，除去粉末中的水分；

（2）采用酒精、丙酮等有机溶剂清洗待喷涂基体材料，清除基体材料表面的油脂；

（3）通过专用喷砂机，采用20-80目的白刚玉或棕刚玉砂粒、0.2-0.6MPa的喷砂压力对基体材料表面进行喷砂粗化处理；

（4）将基体固定在工作台上，采用等离子焰流预热基体，控制预热温度不超过150℃，以除去基体表面水分；

（5）采用等离子喷涂技术制备Er₂O₃涂层，喷涂工艺参数为：喷涂主气为氩气，喷涂辅气为氦气或氢气；氩气流量：1.5-2.5m³/h，氦气流量0.8-1.5>3/h，氢气流量0.3-0.8>3/h；电流700-900A；送粉量：40-80g/min，喷涂距离60-150mm。喷涂过程中采用压缩空气冷却基体，控制基体温度不超过150℃。控制涂层单次厚度不超过40μm，经多次喷涂制备所需厚度涂层。

上述制备方法中：

所述的步骤（1）中的Er₂O₃粉末粒度为10-90μm，其制备工艺为团聚+烧结。

所述的步骤（2）中的基体材料包括但不限于低活化马氏体钢、氧化物弥散强化型合金、钒合金等。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 本发明采用等离子喷涂技术制备Er₂O₃阻氚渗透涂层。与溅射技术相比，本发明采不需昂贵的真空系统，且工件大小不受限制，可在大型复杂形状工件表面制备Er₂O₃涂层。与化学溶液法，本发明技术在制备Er₂O₃涂层过程中，基体材料温度不超过150℃，其力学性能不受影响。此外，本发明制备的Er₂O₃涂层厚度可控，最厚可达数毫米，涂层沉积速率快，表面平整、致密，与基体的结合强度大于30MPa，不易脱落。

具体实施方式

下面结合实例说明本发明的具体实施方式，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。

实施例1

本实施例采用等离子喷涂技术制备Er₂O₃阻氚渗透涂层，其步骤包括：

（1）将粒度为10-45μm，采用团聚烧结工艺制备的Er₂O₃粉末置于干燥箱内在100℃下保温1小时以上，除去粉末中的水分；

（2）选用核聚变堆候选材料之一的低活化马氏体钢为基体材料，基体尺寸为500×500mm；

（3）采用酒精、丙酮等有机溶剂清洗待喷涂基体材料，清除基体材料表面的油脂；

（4）通过专用喷砂机，采用20-40目的白刚玉砂粒、0.6MPa的喷砂压力对基体材料表面进行喷砂粗化处理，增加基体材料表面粗糙度；

（5）将基体固定在工作台上，采用等离子焰流预热基体，控制预热温度不高于150℃，以除去基体表面水分；

（6）采用等离子喷涂技术沉积Er₂O₃涂层，喷涂工艺参数为：喷涂主气为氩气，喷涂辅气为氦气，氩气流量：1.8>3/h，氦气流量1>

实施例2

采用等离子喷涂技术制备Er₂O₃阻氚渗透涂层，其步骤包括：

（1）将粒度为16-90μm，采用团聚烧结工艺制备的Er₂O₃粉末置于干燥箱内在100℃下保温1小时以上，除去粉末中的水分；

（2）选用核聚变堆候选材料之一的钒合金为基体材料，基体尺寸为500×500mm；

（3）采用酒精、丙酮等有机溶剂清洗待喷涂基体材料，清除基体材料表面的油脂；

（4）通过专用喷砂机，采用40-80目的白刚玉砂粒、0.5MPa的喷砂压力对基体材料表面进行喷砂粗化处理，增加基体材料表面粗糙度；

（5）将基体固定在工作台上，采用等离子焰流预热基体，控制预热温度不高于150℃，以除去基体表面水分；

（6）采用等离子喷涂技术沉积Er₂O₃涂层，喷涂工艺参数为：喷涂主气为氩气，喷涂辅气为氢气，氩气流量：2.1m³/h，氢气流量0.5>3/h，电流850A，送粉量：50g/min，喷涂距离70mm。喷涂过程中采用压缩空气冷却基体，控制基体温度不超过150℃。控制涂层单次厚度为40μm，经多次喷涂所制备涂层厚度为400μm，涂层沉积速率为24μm/min。