釩合金是唯一兼具非鐵磁性和延展性能的聚變堆包層候選結構材料,被認為是有希望的先進結構材料候選。然而,其氫同位素滲透率遠高于其他候選結構材料,極易造成氘氚燃料損失、氚放射性污染及材料氫脆／氦脆問題,因此必須阻滯高溫下釩合金與氫同位素的直接接觸。在結構材料表面涂覆一定厚度的阻氚涂層是減少氚滲透的最有效措施之一。以鋁化物為過渡層的A1203復合涂層是公認綜合性能良好、最有實用前景的阻氚涂層類型。論文采用具有工程化應用前景的“離子液體鍍鋁+熱處理滲鋁+選擇氧化”阻氚涂層制備方法,通過涂層制備工藝、結構和性能的系統(tǒng)研究,首次在V-5Cr-5Ti表面獲得了結構致密、與基底結合良好且具備高阻氚性能的V-Al/Al₂O₃涂層。論文研究結果為今后復雜結構釩合金包層部件表面阻氚涂層的制備工藝調(diào)控和工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的裝置設計提供了基礎科學依據(jù)。不僅對保障聚變堆的氚自持、經(jīng)濟性、安全性和環(huán)境友好性具有重要意義,對更廣意義上的釩基合金表面防護研究也有借鑒意義。主要研究成果有：1)首次采用離子液體電鍍技術在V-5Cr-5Ti表面獲得了結構致密、厚度均勻,結合良好的鋁鍍層。... 

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 核聚變能
    1.2 結構材料表面阻氚涂層是聚變堆氚自持與氚安全的保證
        1.2.1 聚變堆氚的增殖與自持
        1.2.2 聚變堆結構材料
        1.2.3 結構材料表面阻氚涂層的必要性
    1.3 阻氚涂層材料類型
        1.3.1 氧化物涂層
        1.3.2 鈦基陶瓷涂層
        1.3.3 硅化物涂層
        1.3.4 M-Al/Al_2O_3涂層
    1.4 M/Al-Al_2O_3涂層的制備方法
        1.4.1 熱浸鍍鋁(HDA)
        1.4.2 物理氣相沉積法(PVD)
        1.4.3 化學氣相沉積法(CVD)
        1.4.4 等離子噴涂法(PS)
        1.4.5 溶膠—凝膠法(SG)
        1.4.6 電化學沉積(ECD)
        1.4.7 制備方法的比較
    1.5 鋁化物涂層的阻氚滲透性能
        1.5.1 氫同位素滲透測量
        1.5.2 氫同位素在涂層中滲透模型
        1.5.3 鋁化物涂層阻氚性能影響因素
    1.6 課題的提出及主要研究內(nèi)容
第2章 實驗方法及原理簡介
    2.1 實驗材料
        2.1.1 主要試劑及氣體
        2.1.2 釩合金樣品與電極材料
    2.2 實驗方法
        2.2.1 陽極活化及電沉積鋁
        2.2.2 熱處理與選擇性氧化
        2.2.3 氘滲透率測量
    2.3 表征與分析手段
        2.3.1 表面形貌分析
        2.3.2 樣品成分與結構分析
        2.3.4 顯微硬度分析
        2.3.5 電流沉積效率的確定
第3章 V-5Cr-5Ti表面陽極化處理及離子液體電鍍鋁
    3.1 引言
    3.2 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中的陽極行為
        3.2.1 開路電位-時間曲線
        3.2.2 線性掃描伏安曲線與恒電位極化測量
    3.3 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中的陽極活化處理
    3.4 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中的表面鋁沉積
        3.4.1 陽極活化前處理對Al鍍層的影響
        3.4.2 電流密度的影響
        3.4.3 沉積時間與溫度的影響
    3.5 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中電沉積鋁機理
    3.6 本章小結
第4章 V-5Cr-5Ti表面V-Al涂層制備
    4.1 引言
    4.2 實驗設計依據(jù)
    4.3 熱處理溫度對滲鋁層結構的影響
        4.3.1 滲鋁層截面結構特點
        4.3.2 滲鋁層成分的深度剖析
        4.3.3 滲鋁層結構的X&D分析
    4.4 鋁鍍層厚度對滲鋁層結構的影響
        4.4.1 不同鋁鍍層樣品850℃下熱處理1h
        4.4.2 不同鋁鍍層樣品950℃下熱處1h
        4.4.3 不同鋁鍍層樣品1050℃下熱處理1h
    4.5 熱處理時間對滲鋁層結構的影響
    4.6 滲鋁涂層的維氏硬度
    4.7 Al_8(V Cr,Ti)_5層的生長動力學規(guī)律
    4.8 本章小結
第5章 V-5Cr-5Ti表面V-Al涂層選擇性氧化
    5.1 引言
    5.2 氧化實驗的設計
        5.2.1 選擇性氧化原理
        5.2.2 實驗參數(shù)的設計
    5.3 氧化前滲鋁樣品的處理
    5.4 滲鋁樣品在不同溫度下的氧化
    5.5 950℃下氧分壓對滲鋁樣品氧化的影響
        5.5.1 氧分壓對氧化樣品表面形貌的影響
        5.5.2 氧化樣品表面元素價態(tài)分析
        5.5.3 氧化樣品表面結構分析
        5.5.4 氧分壓的影響分析
    5.6 950℃下氧化時間對滲鋁樣品氧化的影響
    5.7 本章小結
第6章 V-Al/Al_2O_3涂層的阻氘滲透性能
    6.1 引言
    6.2 實驗設計
    6.3 V-Al/Al_2O_3涂層的阻氚性能
        6.3.1 V-Al/Al_2O_3涂層的滲透動力學曲線
        6.3.2 V-Al/Al_2O_3涂層的阻氘因子
    6.4 本章小結
第7章 結論與展望
    7.1 結論
    7.2 后續(xù)工作展望
參考文獻
致謝
附錄



本文編號：3721063