發(fā)布時間：2020-12-05 21:22

　　在聚變堆結(jié)構(gòu)材料表面制備阻氚涂層是降低氚滲透造成的材料損傷以及放射性危害,維持氘氚燃料自持循環(huán)的有效途徑之一。釩合金具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能和低活化特性,是聚變堆中候選的結(jié)構(gòu)材料,但氫同位素在其中的滲透率遠(yuǎn)高于其他候選結(jié)構(gòu)材料（RAFM鋼、SiCf/SiC復(fù)合材料）,并易形成氫化物。采用“基體滲鋁+氧化”制備的以富Al合金為過渡層、Al2O3膜為外層的鋁化物阻氚涂層體系具有化學(xué)性能穩(wěn)定、自修復(fù)能力強(qiáng)、與結(jié)構(gòu)材料結(jié)合良好等優(yōu)點(diǎn),是中國、歐盟和印度公認(rèn)的較優(yōu)阻氚涂層之一。然而,目前關(guān)于釩合金表面鋁化物阻氚涂層的研究較少,且涂層性能與鋼基體表面鋁化物涂層的性能差距不小,這與V-Al合金層的形成及其表面較難形成性能優(yōu)異的Al2O3膜有關(guān)。為此,本文采用第一性原理方法與熱力學(xué)原理的結(jié)合,研究滲鋁過程中合金元素對富Al合金層成分和微觀結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制,以及釩合金表面富Al合金層的選擇性氧化行為及合金元素的影響機(jī)制,揭示合金元素在釩合金表面鋁化物涂層形成過程中的作用機(jī)制。主要研究成果如下:1.揭示了 V合金表面富Al合金層形成過程中合金元素的作用機(jī)制,發(fā)現(xiàn)Ti降低Al在V中的擴(kuò)散速度,而Cr無明顯影響。... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２不同金屬和陶瓷材料的氚滲透率對比［２４〃５１??

熱浸鋁（ＨＤＡ）??ＨＤＡ是一種尚效的鋼鐵材料表面防腐蝕技術(shù)，能有效提尚鋼鐵材料的抗局??溫氧化和耐腐蝕性能。目前，工業(yè)上將ＨＤＡ技術(shù)用于鋼鐵材料制品的表面防護(hù)，??己較為成熟。德國卡爾斯魯厄研究中心（Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇｓｚｅｎｔｒｕｍ?Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ，?ＦＺＫ）首先??將這一技術(shù)用于阻氚涂層的研究，開發(fā)了相應(yīng)的ＨＤＡ工藝具體操作為，在??Ａｒ氣氛保護(hù)下，將不銹鋼基體浸入７００°Ｃ鋁熔融液體３０ｓ，然后在９５０？１０７５?°Ｃ??進(jìn)行熱氧化處理。通過ＨＤＡ技術(shù)制備的阻氚涂層截面如圖１．４所示［５１］。３００－４５０?°Ｃ??測試溫度下，小樣品表面涂層的ＰＲＦ可達(dá)１５００？３１００，但工件表面涂層的ＰＲＦ??則遠(yuǎn)低于此，僅為約１４０。??二??Ｆ８２Ｈ－ｍ〇ｄ．?－?；．．???，丨…＿??（ａ）７００°Ｃ熱浸鋁?３０ｓ；?（ｂ）ｌ〇４〇°Ｃ／０．５ｈ＋７５０°Ｃ／２ｈ?熱處理??圖１．４?ＨＤＡ技術(shù)制備涂層的截面形貌［５５］??Ｓｅｒｒａ等ｔ５２味用ＨＤＡ技術(shù)結(jié)合熱氧化處理，在ＭＡＮＥＴ?ＩＩ鋼表面制備涂層，??４７０°Ｃ時氘ＰＲＦ為?２６０，３００°Ｃ時為?１０００。Ｙａｏ等［５３］在ＭＡＮＥＴＩＩ鋼表面制備ＨＤＡ??涂層并比較涂層在氣相和液態(tài)Ｐｂ－１７Ｕ合金中的阻氫因子，在氣相環(huán)境中，５７３?Ｋ??時ＰＲＦ為６２０，６２３?Ｋ時為２６０；而在液態(tài)環(huán)境中ＰＲＦ急劇下降，５７３?Ｋ時為２４？２５，??６２３?Ｋ時為１２？３０。Ｋｏｎｙｓ［５１１認(rèn)為在液態(tài)環(huán)境中ＰＲＦ急劇下降的原因是在液態(tài)金??屬的沖刷下，涂層表面形成了裂紋，從而為氫同位素的滲透提供了快速擴(kuò)散通道。??６??

?合金元素對Ｖ合金表面鋁化物涂層形成影響的第一性原理研究???１．３．３包埋滲鋁（ＰＣ）??ＰＣ技術(shù)由法國的ＣＥＡ開發(fā)，典型的工藝分為兩個步驟［６２］：?１）采用ＦｅＡｌ??作為鋁源，氧化鋁為填充劑，氯化銨為活化劑，滲鋁過程在Ａｒ氣保護(hù)下于??６５０？８５０?°Ｃ進(jìn)行；２）通過高溫氧化形成ＡＩ２Ｏ３膜。涂層的截面如圖１．５所示。該??技術(shù)工藝簡單，無需昂貴設(shè)備，涂層較厚且均勻，無氣孔，與基體結(jié)合良好，并??且能處理復(fù)雜形狀工件。因此，ＰＣ技術(shù)有望成為阻氚涂層工程化制備的候選技??術(shù)。??１????＇１??（ａ）７５０°Ｃ滲鋁?２ｈ／５００°ＣＭＯＣＶＤ?沉積?Ａｈ〇３２ｈ：?（ｂ）８５０°Ｃ滲鋁?４ｈ／８００°Ｃ氧化?１０ｈ??圖１．５?ＰＣ技術(shù)制備涂層的截面形貌風(fēng)６２］??研究表明１６２］，采用ＰＣ技術(shù)在３１６Ｌ不銹鋼和ＤＩＮ１．４９１４鋼的樣品表面制備??涂層，如果外層Ａｂ〇３的膜厚能達(dá)到微米級，則涂層的阻氫因子可達(dá)１０３左右。??占勤等ｉ６３＞４１采用ＰＣ技術(shù)于７７０°Ｃ滲鋁，然后在７５０°Ｃ真空下進(jìn)行氧化處理，在??３１６Ｌ不銹鋼表面制得了?ＦｅＡｌ／Ａｌ２０３復(fù)合涂層，其阻氫因子可達(dá)１０３？１０４。然而，??ＰＣ技術(shù)需采用氯化銨作為活化劑，容易造成基體材料的應(yīng)力腐蝕１６２］。??１．３．４等離子體噴涂（ＰＳ）??ＰＳ是采用高溫等離子體將噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并高速噴向??經(jīng)過預(yù)處理的工件表面，從而在工件表面形成涂層的一種表面強(qiáng)化和改性技術(shù)。??意大利國家新技術(shù)、能源和環(huán)境委員會率先將此技術(shù)用于阻氚涂層的制備，其典??型的工藝為｜６１在惰性氣氛保護(hù)下，將Ａｒ粉末加熱到熔融或半熔融狀態(tài)并噴涂

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本文編號：2900114