【摘 要】
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可控核聚变是理想的新能源,氢的同位素氘、氚作为核聚变能的原料,易在聚变堆包层结构材料中扩散、渗透,造成放射性燃料氚泄露、结构材料脆化等后果。如何防止氚渗透成为核聚变研究的关键问题之一。目前,在结构材料表面制备阻氚涂层是解决氚渗透问题的有效方法。氧化铝陶瓷涂层具有优良的阻氚性能、热力学稳定性以及与氚增殖剂良好的相容性,是主要候选阻氚材料之一,但因其与钢基体的热膨胀系数差异过大,涂层易脱落失效的问题难
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可控核聚变是理想的新能源,氢的同位素氘、氚作为核聚变能的原料,易在聚变堆包层结构材料中扩散、渗透,造成放射性燃料氚泄露、结构材料脆化等后果。如何防止氚渗透成为核聚变研究的关键问题之一。目前,在结构材料表面制备阻氚涂层是解决氚渗透问题的有效方法。氧化铝陶瓷涂层具有优良的阻氚性能、热力学稳定性以及与氚增殖剂良好的相容性,是主要候选阻氚材料之一,但因其与钢基体的热膨胀系数差异过大,涂层易脱落失效的问题难以解决。本文将包埋共渗方法与基底钢的热处理工艺相结合,研究了在RAFM钢表面制备Al2O3/Cr2O3复合阻氚涂层。通过在Al2O3涂层与基材之间制备Cr2O3过渡层,形成热膨胀梯度,缓解氧化铝与基底之间的热失配问题;并且还能利用Cr2O3的模板效应有效降低α-Al2O3的形成温度。本文研究了Al2O3/Cr2O3复合涂层的制备工艺以及其性能,取得的主要成果如下:（1）通过结合包埋共渗技术与后续热处理工艺,获得厚度为32μm的氧化层和厚度为55μm的过渡层,其中,氧化层为Al2O3/Cr2O3复合涂层,过渡层由Al、Cr元素在基体钢中扩散形成。Al2O3/Cr2O3复合涂层的表面和截面形貌良好,与基体钢的结合情况良好。（2）后续热处理对复合涂层的组织形貌有重要影响。采用相同的包埋工艺,在第一次回火时对渗层分别进行氮化和氧化预处理,微观分析表明,渗层氮化预处理能够细化涂层晶粒,使涂层更加均匀致密。（3）氮化与氧化预处理得到的Al2O3/Cr2O3复合涂层均具有较好的抗热震性能、耐磨性与较高的维氏硬度。复合涂层具有良好的抗化学腐蚀性能,腐蚀电流密度达到5.023×10-9A cm-2。
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