钒合金是唯一兼具非铁磁性和延展性能的聚变堆包层候选结构材料,被认为是有希望的先进结构材料候选。然而,其氢同位素渗透率远高于其他候选结构材料,极易造成氘氚燃料损失、氚放射性污染及材料氢脆／氦脆问题,因此必须阻滞高温下钒合金与氢同位素的直接接触。在结构材料表面涂覆一定厚度的阻氚涂层是减少氚渗透的最有效措施之一。以铝化物为过渡层的A1203复合涂层是公认综合性能良好、最有实用前景的阻氚涂层类型。论文采用具有工程化应用前景的“离子液体镀铝+热处理渗铝+选择氧化”阻氚涂层制备方法,通过涂层制备工艺、结构和性能的系统研究,首次在V-5Cr-5Ti表面获得了结构致密、与基底结合良好且具备高阻氚性能的V-Al/Al₂O₃涂层。论文研究结果为今后复杂结构钒合金包层部件表面阻氚涂层的制备工艺调控和工业化规模生产的装置设计提供了基础科学依据。不仅对保障聚变堆的氚自持、经济性、安全性和环境友好性具有重要意义,对更广意义上的钒基合金表面防护研究也有借鉴意义。主要研究成果有：1)首次采用离子液体电镀技术在V-5Cr-5Ti表面获得了结构致密、厚度均匀,结合良好的铝镀层。研究了离子液体（AlCl₃-EMIC,摩尔比2：1）中电化学前处理、沉积电流密度、沉积时间、镀液温度等因素对铝电沉积的影响。镀前阳极活化处理能有效提高镀层结合力。采用恒电位阳极活化,较合理的电位为1.25V （Vs. Al）,活化时间15min。室温下铝沉积,随着电流密度（4-32 mA/cm²）的增大,镀层表面Al的颗粒尺寸减小,电流效率随之先小幅波动上升,大于20mA/cm²后显著下降；随着沉积时间的延长,涂层趋于完整、致密性显著提高。电镀时提高镀液温度,镀层表面结晶粗化,致密性降低,室温下沉积更优。室温下V-5Cr-5Ti在AlCl₃-EMIC（摩尔比2：1）中表面镀铝的较优电流密度为12-20mA/cm²,电流效率最大约83%,最大沉积速率约21μm/h。2)系统研究了镀铝V-5Cr-5Ti样品热处理工艺参数对渗铝层结构的影响,获得了结构、物相及厚度可控的V-Al合金涂层。渗铝过程的相转变规律为：Al₃（V,Cr,Ti）→Al₈（V, Cr, Ti）₅→V（Al, Cr, Ti）。渗铝层为双层或近单层结构,内层为Al₈（V, Cr, Ti）₅或V（Al, Cr,Ti）固溶体,结构致密、均匀无孔洞；外层为Al₃（V,Cr,Ti）或Al₃（V, Cr, Ti）+Al₈（V, Cr, Ti）₅,结构疏松多孔。在铝源充足的条件下,渗铝层内层结构仅与温度和时间有关,随着温度的升高和时间的延长,内层厚度增加而外层厚度减小。根据V-Al选择性氧化对铝含量的要求及涂层的结构特点,提出以致密Al₈（V, Cr, Ti）₅内层为主的V-Al涂层是选择性氧化的较优涂层,其对应的较优铝化工艺为：铝镀层厚度20μm,氩气保护下950"C热处理2h。 Al₈（V, Cr, Ti）₅层为原子扩散控制生长,在750～950℃范围内动力学生长规律为：X=4.21105 exp （1.45105/RT）t1/2 。3)通过研究氧分压、氧化温度及氧化时间等因素对Al₈（V, Cr, Ti）₅涂层选择性氧化的影响,在低氧分压下获得了致密的α-Al₂O₃膜。950℃、10Pa氧分压下,Al₈（V,Cr,Ti）₅涂层氧化0.5～1h在其表面可获得270-390nm的致密α-Al₂O₃膜。由于铝的选择性氧化及铝向基底侧的扩散,氧化后Al₈（V, Cr, Ti）₅转化为V（Al,Cr,Ti）固溶体。最终获得的V-Al/Al₂O₃涂层由致密、无孔洞的V-A1合金层（μm级厚）和α-Al₂O₃涂层（100nm级）组成。4)采用气相动态渗透法考核了V-Al/Al₂O₃涂层的阻氚性能。350～500℃下,V-Al/Al₂O₃涂层使V-5Cr-5Ti样品的氘渗透率降低2-3个数量级,阻氚性能良好。V-Al/Al₂O₃涂层阻滞氘渗透的机制为面积缺陷渗透控制机制,氢同位素只能通过V-Al/Al₂O₃涂层内少量裂纹或者其它缺陷渗透。V-Al/Al₂O₃涂层的完整性是阻氚涂层性能的决定因素。