發(fā)布時間：2020-04-20 18:44

【摘要】：核聚變反應堆裝置可用來約束核聚變反應中的高溫的等離子體流,它的可行性決定聚變核電的可行性。聚變裝置的面向等離子體材料(Plasma Facing Materials,PFMs)將直接面向反應堆中的高溫等離子體。金屬鎢(W)被認為是比較有前景的PFMs候選材料之一。制造面向等離子體部件(Plasma Facing Component PFC)時最有效的方法之一是涂層技術(shù)。大氣壓等離子體噴涂技術(shù)(APS)具有操作簡單,低成本、高效率等優(yōu)點被應用于鎢涂層的制造。本論文將使用大氣壓等離子體噴涂技術(shù),在金屬鉬的基底上制備鎢涂層。并對噴涂粒子的速度、溫度和流量等參數(shù)進行實時監(jiān)測。論文闡述了APS噴涂過程中噴涂粒子的氧化機理和孔隙形成機制,并以此設(shè)定實驗方案,使用真空高溫退火和氫氣退火的手段,來降低APS-W涂層的含氧量和孔隙率,提高涂層質(zhì)量。實驗中對退火處理后的鎢涂層的孔隙、含氧量、硬度等都進行了表征,并重點分析了高溫退火對涂層孔隙率、含氧量的影響,及退火溫度對涂層與鉬基底交界面擴散層的厚度的影響。結(jié)果表明,1100℃-2100℃的真空高溫退火后,涂層含氧量降低;涂層截面和表面的再結(jié)晶現(xiàn)象明顯,柱狀晶消失,晶粒粗化;涂層截面SEM圖顯示層與層之間出現(xiàn)明顯的縫隙;涂層的孔隙率上升,中值孔徑增大,硬度降低;真空高溫退火之后可迅速提高鎢鉬擴散層的厚度。800℃的氫氣退火可在較短的時間內(nèi)降低涂層含氧量,而且基本不改變涂層的孔隙率和硬度。使用強流脈沖電子束裝置模擬ELM(邊緣局域模),對真空高溫退火后的鎢涂層進行了瞬態(tài)高能電子束的熱負荷測試,結(jié)果顯示了真空高溫退火后的APS-W涂層抗熱負荷和抗熱沖擊能力比較強。
【圖文】：

1 等離子噴涂技術(shù)原理熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱至熔化和半熔化狀態(tài)，并以一定積到經(jīng)過預處理的基體表面，形成涂層的方法[51]，從而使零件被噴涂表面所需的具有特殊物理化學性能的涂層，以滿足零件不同工作條件的要求[5等離子體噴涂技術(shù)是一種以非轉(zhuǎn)移性等離子體弧為熱源的熱噴涂技術(shù)[51子體弧具有能量集中，溫度高，燃燒穩(wěn)定、氣氛可控的特點。等離子體噴等離子噴槍產(chǎn)生等離子體焰流，噴槍的陰極(鎢電極)和噴嘴(陽極)分別接源的負正極上，通過高頻電源使極間氣體引燃電弧，，所產(chǎn)生的電弧被工作氣 N2）吹出槍口，產(chǎn)生高溫高速的等離子體射流。在機械壓縮效應、自磁壓熱壓縮效應的聯(lián)合作用下，電弧被壓縮，形成非轉(zhuǎn)移型等離子弧。圖 1.2非轉(zhuǎn)移型弧的溫度分布，焰流中心溫度可高達 15000K～32000K[51,52]。

圖 1.3 常用等離子體噴槍示意圖Fig. 1.3 Schematic diagram for plasma ejection gun.圖 1.3 是常用等離子體噴槍示意圖。等離子體噴涂形成涂層的過程可以總：噴涂材料的加熱溶化階段、霧化階段、飛行階段和碰撞沉積階段[51,52]。粉末時，它通過載氣的運輸作用進入熱源高溫區(qū)，被加熱至熔化或半熔化飛行并沖擊基體材料表面，產(chǎn)生強烈碰撞，發(fā)生碰撞-變形-冷凝收縮的過相互交錯疊加并粘合在一起，從而沉積形成涂層[51,52]。圖 1.4 是等離子體噴意圖。
【學位授予單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TL612

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本文編號：2634843