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(shù)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(zhì)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(jīng)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(zhì)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