α-Al2O3-AlPO4阻氚涂層的低溫制備與性能研究.pdf

1、核聚變反應(yīng)堆能釋放出巨大的能量，有望解決人類面臨的能源問(wèn)題。然而，熱核聚變堆的燃料氘和氚很容易從包層結(jié)構(gòu)材料中滲透，不僅造成原料的泄露和損失，并且對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。如何阻止氘和氚的滲透已成為建設(shè)熱核聚變堆面臨的關(guān)鍵問(wèn)題之一。與包層結(jié)構(gòu)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(yīng)堆結(jié)構(gòu)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(shù)的開(kāi)發(fā)對(duì)核聚變能的發(fā)展與應(yīng)用具有重要意義。
　　本文采

2、用熱化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)法與等離子噴涂技術(shù)相結(jié)合制備了Al2O3/TiO2/α-Al2O3/AlPO4新型復(fù)合阻氚涂層。主要的研究結(jié)果如下：
　　研究了涂層漿料成分及其制備工藝。結(jié)果表明，當(dāng)Al/P比為1:3.18時(shí)，涂覆并烘干后得到預(yù)制涂層的黏結(jié)相為Al(H2PO4)3，該成分有利于提高涂層的結(jié)合力。α-Al2O3可以促進(jìn)AlPO4向立方體金相轉(zhuǎn)變，當(dāng)α

3、-Al2O3的相對(duì)含量為72％時(shí)獲得的涂層最致密。涂層的固化過(guò)程可以分為三個(gè)階段：脫水階段、化學(xué)反應(yīng)階段和相變階段。燒結(jié)溫度和升溫速率對(duì)涂層的固化過(guò)程有很大影響，不同溫度下涂層的固化程度不同。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)升溫速率為3-5℃/min時(shí)，在500℃燒結(jié)涂層的固化效果最好，涂層結(jié)合力可達(dá)到14.6MPa。
　　研究了α-Al2O3/AlPO4涂層的結(jié)構(gòu)、形貌和相關(guān)性能。結(jié)果表明，涂層結(jié)構(gòu)均勻、致密，表面光滑、無(wú)裂紋，與基材的結(jié)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(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，涂層厚度越小，熱穩(wěn)定性越好。當(dāng)涂層厚度小于30μm時(shí)，涂層的抗熱沖擊次數(shù)達(dá)到150次以上。
　　將熱化學(xué)反應(yīng)法和等離子噴涂技術(shù)相結(jié)合制備了Al2O3/TiO2/α-Al2O3/AlPO4新型復(fù)合阻氚涂層。研究結(jié)果表明，復(fù)合涂層的表面質(zhì)量和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)比單一方法制備得到的涂層有顯著改善。復(fù)合涂

5、層無(wú)裂紋和孔洞，表面粗糙度從2.123μm降到0.216μm。復(fù)合涂層具有多層結(jié)構(gòu)，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(qū)體漿料滲透至等離子噴涂層的內(nèi)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(fù)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(jìn)一步研究了復(fù)合涂層的性能。結(jié)果表明，