磁約束核聚變反應(yīng)堆的原料為氫同位素氘和氚,低活化鐵素體/馬氏體鋼（RAFM鋼）是聚變堆包層的候選結(jié)構(gòu)材料之一,但是氚在RAFM鋼中的滲透率較高,減少氚滲透是聚變堆研究的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題之一。在包層結(jié)構(gòu)材料表面制備陶瓷防氚滲透涂層是國(guó)際上公認(rèn)的解決方案,既可保證鋼基體材料的結(jié)構(gòu)性能,同時(shí)能夠大幅提高其阻氚性能。氧化物復(fù)合涂層同時(shí)具備良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的阻氚性能,因此,本論文對(duì)TiO₂和α-Al₂O₃/TiO₂復(fù)合阻氚涂層進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并探索了TiO₂促進(jìn)α-Al₂O₃低溫形成的機(jī)理。（1）首先,針對(duì)目前涂層制備工藝問(wèn)題,進(jìn)行了TiO₂復(fù)合涂層的制備研究,提出了包埋滲鈦結(jié)合熱化學(xué)處理制備涂層的工藝方法。成功制備了三層結(jié)構(gòu)的“TiO₂/氮化層/過(guò)渡層”復(fù)合涂層,涂層厚度約為11μm,外層為TiO₂層,其厚度約為2.5μm;中間層為Ti-N層,其厚度約為5.5μm;內(nèi)層過(guò)... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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ITER裝置示意圖

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文9合金上預(yù)先制備一層薄的TiO2涂層能夠促進(jìn)α-Al2O3的形成，而未處理的FeCrAl合金表面生成了大量的亞穩(wěn)態(tài)氧化鋁。也有文獻(xiàn)報(bào)道[54]，在對(duì)FeCrAl進(jìn)行氧化處理前，通過(guò)應(yīng)用TiO2涂層對(duì)其進(jìn)行表面改性大大降低了亞穩(wěn)態(tài)Al2O3的含量。Prasanna等人[55]研究發(fā)現(xiàn)合金中的Ti元素?fù)饺胙趸瘜又�，可以作為�?α相轉(zhuǎn)變的促進(jìn)劑。本課題組之前也進(jìn)行了Al2O3/Cr2O3復(fù)合層的研究，發(fā)現(xiàn)Cr2O3的模板作用比較有限[56]。如圖1.2所示，涂層制備過(guò)程與基體熱處理過(guò)程同步，制備的Al2O3/Cr2O3復(fù)合涂層主要含有Cr2O3相,α-Al2O3相和θ-Al2O3相，θ-Al2O3相未完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3相。一方面Cr2O3層的模板作用范圍有限，另一方面高溫保溫時(shí)間有限，只有0.5h。因此涂層中α-Al2O3的含量有限。圖1.2Cr2O3涂層及Al2O3/Cr2O3涂層X(jué)RD圖譜[56]Fig1.2XRDdiffractionpatternsofCr2O3andAl2O3/Cr2O3coatings由于以上實(shí)驗(yàn)表明，在與基體熱處理同步制備α-Al2O3涂層的過(guò)程中，Cr2O3的模板效應(yīng)可以降低并促進(jìn)α-Al2O3的形成。但是模板影響范圍有限，只能形成納米數(shù)量級(jí)厚度的α-Al2O3，無(wú)法將θ-Al2O3相完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3相，不能保證復(fù)雜內(nèi)表面完整覆蓋α-Al2O3涂層。研究新的制備方法在較低溫度下獲得致密均勻，且與基體結(jié)合良好的α-Al2O3涂層對(duì)于未來(lái)聚變堆的應(yīng)用非常重要。所以本文設(shè)計(jì)通過(guò)TiO2的摻雜作用促進(jìn)α-Al2O3

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文192.1中的SCRAM鋼基體成分吻合。圖2.1（a）SCRAM鋼基體表面形貌及（b）能譜分析圖Fig2.1(a)Surfacemorphologyand(b)EnergyspectrumsanalysisofSCRAMsteel本課題組前期對(duì)SCRAM鋼基體的熱處理工藝進(jìn)行了深入研究，研究結(jié)果表明，兩次淬火-回火工藝通過(guò)循環(huán)淬火能夠細(xì)化奧氏體晶粒尺寸，進(jìn)而降低SCRAM鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（DuctileBrittleTransitionTemperature，簡(jiǎn)稱DBTT）[91]。在本文的研究中，SCRAM鋼基體均采用兩次淬火-回火工藝：1020℃保溫0.5h淬火+760℃保溫2h回火+1000℃保溫0.5h淬火+760℃保溫2h回火，進(jìn)行熱處理。SCRAM鋼兩次淬火-回火熱處理工藝如圖2.2所示，升溫速率為7℃/min。圖2.2兩次淬火-回火熱處理工藝Fig.2.2Twicequenching-temperingtreatment

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]氫在鋼中的滲透特性及鍍層阻氫滲透機(jī)理的研究[D]. 李勇峰.華東理工大學(xué) 2012
[2]等離子復(fù)合滲技術(shù)制備氧化物阻氚涂層及其性能研究[D]. 劉紅兵.南京航空航天大學(xué) 2010

碩士論文
[1]增韌阻氚一體化層狀鎢基復(fù)合材料的制備與研究[D]. 周同.華中科技大學(xué) 2016
[2]金屬釩塊體中和表面上雜質(zhì)原子的占位與擴(kuò)散特性研究[D]. 龔玲.湖南大學(xué) 2013
[3]防氚滲透涂層用包裹粉料的制備及表征[D]. 張丹.華中科技大學(xué) 2011
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