α-Al2O3-AlPO4阻氚涂層的低溫制備與性能研究.pdf

1、核聚變反應堆能釋放出巨大的能量，有望解決人類面臨的能源問題。然而，熱核聚變堆的燃料氘和氚很容易從包層結構材料中滲透，不僅造成原料的泄露和損失，并且對環(huán)境造成嚴重污染。如何阻止氘和氚的滲透已成為建設熱核聚變堆面臨的關鍵問題之一。與包層結構材料相比，陶瓷具有優(yōu)良的阻氚性能。因此，目前解決這一難題的有效方法是在反應堆結構材料表面制備陶瓷阻氚涂層。新型陶瓷阻氚涂層材料的研究及其制備技術的開發(fā)對核聚變能的發(fā)展與應用具有重要意義。
　　本文采

2、用熱化學反應法成功地在316L不銹鋼表面制備了α-Al2O3/AlPO4陶瓷阻氚涂層,并將熱化學反應法與等離子噴涂技術相結合制備了Al2O3/TiO2/α-Al2O3/AlPO4新型復合阻氚涂層。主要的研究結果如下：
　　研究了涂層漿料成分及其制備工藝。結果表明，當Al/P比為1:3.18時，涂覆并烘干后得到預制涂層的黏結相為Al(H2PO4)3，該成分有利于提高涂層的結合力。α-Al2O3可以促進AlPO4向立方體金相轉變，當α

3、-Al2O3的相對含量為72％時獲得的涂層最致密。涂層的固化過程可以分為三個階段：脫水階段、化學反應階段和相變階段。燒結溫度和升溫速率對涂層的固化過程有很大影響，不同溫度下涂層的固化程度不同。實驗表明，當升溫速率為3-5℃/min時，在500℃燒結涂層的固化效果最好，涂層結合力可達到14.6MPa。
　　研究了α-Al2O3/AlPO4涂層的結構、形貌和相關性能。結果表明，涂層結構均勻、致密，表面光滑、無裂紋，與基材的結合力良好，

4、具有優(yōu)異的抗腐蝕性和阻氫性能。涂層試樣的氫滲透率僅為基材的1/29，是等離子噴涂涂層氫滲透率的1/7。在600℃條件下做熱沖擊實驗，結果顯示，涂層厚度越小，熱穩(wěn)定性越好。當涂層厚度小于30μm時，涂層的抗熱沖擊次數(shù)達到150次以上。
　　將熱化學反應法和等離子噴涂技術相結合制備了Al2O3/TiO2/α-Al2O3/AlPO4新型復合阻氚涂層。研究結果表明，復合涂層的表面質量和內部組織結構比單一方法制備得到的涂層有顯著改善。復合涂

5、層無裂紋和孔洞，表面粗糙度從2.123μm降到0.216μm。復合涂層具有多層結構，從上到下分別為密封層、封孔層和等離子噴涂層。其中，封孔層是由α-Al2O3/AlPO4涂層的前驅體漿料滲透至等離子噴涂層的內部形成，能有效密封等離子噴涂層的孔隙和裂紋等缺陷，等離子噴涂層被封孔的深度約為15-25μm。與等離子噴涂涂層相比，復合涂層的致密性得到了明顯改善，孔隙率由3.19%降到0.24%。
　　進一步研究了復合涂層的性能。結果表明，