鋼基材表面Al2O3涂層制備工藝的研究.pdf

1、近年來隨著能源危機日益突顯，人們將目光投到了核聚變反應堆上，為此，中國、歐盟、美國等7個國家發(fā)起了國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃。氚作為核聚變堆的燃料之一，在結構鋼中的滲透率極高。氚的滲透、逸出不僅造成了原料的浪費，而且會對環(huán)境造成污染。因此，為了防止氚在結構鋼中的滲透，需要在鋼基材表面制備一層防氚滲透涂層。Al2O3 涂層具有較高的滲透降低系數和一定的自修復能力，是一種理想的防氚滲透涂層。
　　 本文采用無機熔融鹽電鍍鋁和

2、熱浸鍍鋁工藝相結合的方法在鋼基材表面制備了一層高質量的鍍鋁層，并通過高溫氧化技術和電泳沉積技術在鍍鋁層表面獲得了Al2O3 涂層，從而形成了具有自修復功能的Al/Al2O3 涂層。利用光學顯微鏡、X 射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、能譜分析（EDS）等分析測試手段對涂層的表面形貌、界面結構，元素組成進行了表征，并采用HV-1000 顯微硬度計和SI1287 型電化學工作站對涂層的硬度、抗腐蝕性能進行了測試。研究了AlCl3 含量

3、、電鍍時間、前期鍍鋁處理對鋁鍍層表面形貌、組織結構的影響；研究了不同氧化溫度、氧化時間對Al2O3 膜形貌、厚度、致密性的影響，探討了高溫氧化機制；研究了電泳沉積過程（EPD）中，懸浮液分散體系、電流/電壓、沉積時間等因素對α-Al2O3 涂層組織結構、形貌、厚度的影響，探討了電泳沉積規(guī)律。主要的研究成果如下：
　　 （1）采用電鍍鋁法，以AlCl3-NaCl-KCl 三元無機鹽體系為電鍍液，當AlCl3 含量為80％，電流密度

4、為5.3 A/dm2，電鍍時間6 h 條件下，在鋼基材表面制得了一層平整、致密的鋁鍍層，厚度約為75μm，主要由細小的球狀顆粒緊密排列而成。
　　 （2）經過電鍍鋁處理后的鋼基材表面再采用熱浸鍍鋁法，可制得高質量鍍鋁層。
　　 試樣界面由三相構成，即鍍鋁層、擴散層和基材，鍍鋁層厚度約為35μm，擴散層厚度約為50μm。鍍鋁層和基材的結合方式由機械結合變?yōu)橐苯鸾Y合。
　　 （3）鍍鋁試樣在900℃氧化20 h后，鍍

5、鋁層的表面生成一層完整、致密的α-Al2O3膜，該膜是由二維納米的片狀晶粒組裝而成。試樣表面硬度值由原來的182 HV 提高到948 HV，耐腐蝕性能得到了有效提高。 （4）通過電泳沉積（EPD）工藝，在鍍鋁層表面得到單一的α-Al2O3 涂層。在恒壓模式下，當沉積電壓為20V~30V 時，所得到的涂層較為均勻致密。隨著沉積時間的延長，涂層厚度－沉積時間曲線的斜率逐漸減小。不同厚度的α-Al2O3 涂層的平衡電極電位和自腐蝕電流基本一致