TiO 2 和α-Al 2 O 3 /TiO 2 复合阻氚涂层的制备与研究
发布时间：2021-08-09 10:18
磁约束核聚变反应堆的原料为氢同位素氘和氚,低活化铁素体/马氏体钢（RAFM钢）是聚变堆包层的候选结构材料之一,但是氚在RAFM钢中的渗透率较高,减少氚渗透是聚变堆研究的关键科学与技术问题之一。在包层结构材料表面制备陶瓷防氚渗透涂层是国际上公认的解决方案,既可保证钢基体材料的结构性能,同时能够大幅提高其阻氚性能。氧化物复合涂层同时具备良好的力学性能和优异的阻氚性能,因此,本论文对TiO2和α-Al2O3/TiO2复合阻氚涂层进行了系统研究,并探索了TiO2促进α-Al2O3低温形成的机理。（1）首先,针对目前涂层制备工艺问题,进行了TiO2复合涂层的制备研究,提出了包埋渗钛结合热化学处理制备涂层的工艺方法。成功制备了三层结构的“TiO2/氮化层/过渡层”复合涂层,涂层厚度约为11μm,外层为TiO2层,其厚度约为2.5μm;中间层为Ti-N层,其厚度约为5.5μm;内层过...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ITER装置示意图
华中科技大学博士学位论文9合金上预先制备一层薄的TiO2涂层能够促进α-Al2O3的形成，而未处理的FeCrAl合金表面生成了大量的亚稳态氧化铝。也有文献报道[54]，在对FeCrAl进行氧化处理前，通过应用TiO2涂层对其进行表面改性大大降低了亚稳态Al2O3的含量。Prasanna等人[55]研究发现合金中的Ti元素掺入氧化层中，可以作为θ-α相转变的促进剂。本课题组之前也进行了Al2O3/Cr2O3复合层的研究，发现Cr2O3的模板作用比较有限[56]。如图1.2所示，涂层制备过程与基体热处理过程同步，制备的Al2O3/Cr2O3复合涂层主要含有Cr2O3相,α-Al2O3相和θ-Al2O3相，θ-Al2O3相未完全转变为α-Al2O3相。一方面Cr2O3层的模板作用范围有限，另一方面高温保温时间有限，只有0.5h。因此涂层中α-Al2O3的含量有限。图1.2Cr2O3涂层及Al2O3/Cr2O3涂层XRD图谱[56]Fig1.2XRDdiffractionpatternsofCr2O3andAl2O3/Cr2O3coatings由于以上实验表明，在与基体热处理同步制备α-Al2O3涂层的过程中，Cr2O3的模板效应可以降低并促进α-Al2O3的形成。但是模板影响范围有限，只能形成纳米数量级厚度的α-Al2O3，无法将θ-Al2O3相完全转变为α-Al2O3相，不能保证复杂内表面完整覆盖α-Al2O3涂层。研究新的制备方法在较低温度下获得致密均匀，且与基体结合良好的α-Al2O3涂层对于未来聚变堆的应用非常重要。所以本文设计通过TiO2的掺杂作用促进α-Al2O3
华中科技大学博士学位论文192.1中的SCRAM钢基体成分吻合。图2.1（a）SCRAM钢基体表面形貌及（b）能谱分析图Fig2.1(a)Surfacemorphologyand(b)EnergyspectrumsanalysisofSCRAMsteel本课题组前期对SCRAM钢基体的热处理工艺进行了深入研究，研究结果表明，两次淬火-回火工艺通过循环淬火能够细化奥氏体晶粒尺寸，进而降低SCRAM钢的韧脆转变温度（DuctileBrittleTransitionTemperature，简称DBTT）[91]。在本文的研究中，SCRAM钢基体均采用两次淬火-回火工艺：1020℃保温0.5h淬火+760℃保温2h回火+1000℃保温0.5h淬火+760℃保温2h回火，进行热处理。SCRAM钢两次淬火-回火热处理工艺如图2.2所示，升温速率为7℃/min。图2.2两次淬火-回火热处理工艺Fig.2.2Twicequenching-temperingtreatment
【参考文献】：
期刊论文
[1]Manufacture of biomorphic Al2O3 ceramics using filter paper as template[J]. Chun-yan ZUO,Qing-shan LI,Gui-rong PENG,Guang-zhong XING State Key Laboratory for Metastable Materials and Technology,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China. Progress in Natural Science:Materials International. 2011(06)
[2]双层辉光等离子渗镀铬的研究[J]. 唐光辉,高原,陈战,吴宏观. 热处理. 2010(02)
[3]可控核聚变与国际热核实验堆（ITER）计划[J]. 冯开明. 中国核电. 2009(03)
[4]聚变堆增殖包层概念特征比较研究[J]. 柏云清,陈红丽,刘松林,宋勇,曾勤,黄群英,吴宜灿. 核科学与工程. 2008(03)
[5]防氚渗透涂层制备技术的研究进展[J]. 刘红兵,陶杰,张平则,徐江. 材料导报. 2006(09)
[6]氧化铝α相变及其相变控制的研究[J]. 吴玉程,宋振亚,杨晔,李勇,崔平. 稀有金属. 2004(06)
[7]电弧离子镀氧化铬涂层的组织结构及硬度[J]. 纪爱玲,汪伟,宋贵宏,汪爱英,孙超,闻立时. 金属学报. 2003(09)
[8]抗高温氧化合金的研究进展[J]. 陈磊,王富岗. 材料导报. 2002(05)
[9]带热浸铝涂层MANETⅡ马氏体钢的氢渗透性能研究[J]. 姚振宇,M.Chini,A.Aiello,G.Benamati. 核科学与工程. 2002(01)
博士论文
[1]氢在钢中的渗透特性及镀层阻氢渗透机理的研究[D]. 李勇峰.华东理工大学 2012
[2]等离子复合渗技术制备氧化物阻氚涂层及其性能研究[D]. 刘红兵.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]增韧阻氚一体化层状钨基复合材料的制备与研究[D]. 周同.华中科技大学 2016
[2]金属钒块体中和表面上杂质原子的占位与扩散特性研究[D]. 龚玲.湖南大学 2013
[3]防氚渗透涂层用包裹粉料的制备及表征[D]. 张丹.华中科技大学 2011
[4]典型托卡马克装置环向场线圈受力—结构分析[D]. 张继明.电子科技大学 2009
本文编号：3331883
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ITER装置示意图
华中科技大学博士学位论文9合金上预先制备一层薄的TiO2涂层能够促进α-Al2O3的形成，而未处理的FeCrAl合金表面生成了大量的亚稳态氧化铝。也有文献报道[54]，在对FeCrAl进行氧化处理前，通过应用TiO2涂层对其进行表面改性大大降低了亚稳态Al2O3的含量。Prasanna等人[55]研究发现合金中的Ti元素掺入氧化层中，可以作为θ-α相转变的促进剂。本课题组之前也进行了Al2O3/Cr2O3复合层的研究，发现Cr2O3的模板作用比较有限[56]。如图1.2所示，涂层制备过程与基体热处理过程同步，制备的Al2O3/Cr2O3复合涂层主要含有Cr2O3相,α-Al2O3相和θ-Al2O3相，θ-Al2O3相未完全转变为α-Al2O3相。一方面Cr2O3层的模板作用范围有限，另一方面高温保温时间有限，只有0.5h。因此涂层中α-Al2O3的含量有限。图1.2Cr2O3涂层及Al2O3/Cr2O3涂层XRD图谱[56]Fig1.2XRDdiffractionpatternsofCr2O3andAl2O3/Cr2O3coatings由于以上实验表明，在与基体热处理同步制备α-Al2O3涂层的过程中，Cr2O3的模板效应可以降低并促进α-Al2O3的形成。但是模板影响范围有限，只能形成纳米数量级厚度的α-Al2O3，无法将θ-Al2O3相完全转变为α-Al2O3相，不能保证复杂内表面完整覆盖α-Al2O3涂层。研究新的制备方法在较低温度下获得致密均匀，且与基体结合良好的α-Al2O3涂层对于未来聚变堆的应用非常重要。所以本文设计通过TiO2的掺杂作用促进α-Al2O3
华中科技大学博士学位论文192.1中的SCRAM钢基体成分吻合。图2.1（a）SCRAM钢基体表面形貌及（b）能谱分析图Fig2.1(a)Surfacemorphologyand(b)EnergyspectrumsanalysisofSCRAMsteel本课题组前期对SCRAM钢基体的热处理工艺进行了深入研究，研究结果表明，两次淬火-回火工艺通过循环淬火能够细化奥氏体晶粒尺寸，进而降低SCRAM钢的韧脆转变温度（DuctileBrittleTransitionTemperature，简称DBTT）[91]。在本文的研究中，SCRAM钢基体均采用两次淬火-回火工艺：1020℃保温0.5h淬火+760℃保温2h回火+1000℃保温0.5h淬火+760℃保温2h回火，进行热处理。SCRAM钢两次淬火-回火热处理工艺如图2.2所示，升温速率为7℃/min。图2.2两次淬火-回火热处理工艺Fig.2.2Twicequenching-temperingtreatment
【参考文献】：
期刊论文
[1]Manufacture of biomorphic Al2O3 ceramics using filter paper as template[J]. Chun-yan ZUO,Qing-shan LI,Gui-rong PENG,Guang-zhong XING State Key Laboratory for Metastable Materials and Technology,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China. Progress in Natural Science:Materials International. 2011(06)
[2]双层辉光等离子渗镀铬的研究[J]. 唐光辉,高原,陈战,吴宏观. 热处理. 2010(02)
[3]可控核聚变与国际热核实验堆（ITER）计划[J]. 冯开明. 中国核电. 2009(03)
[4]聚变堆增殖包层概念特征比较研究[J]. 柏云清,陈红丽,刘松林,宋勇,曾勤,黄群英,吴宜灿. 核科学与工程. 2008(03)
[5]防氚渗透涂层制备技术的研究进展[J]. 刘红兵,陶杰,张平则,徐江. 材料导报. 2006(09)
[6]氧化铝α相变及其相变控制的研究[J]. 吴玉程,宋振亚,杨晔,李勇,崔平. 稀有金属. 2004(06)
[7]电弧离子镀氧化铬涂层的组织结构及硬度[J]. 纪爱玲,汪伟,宋贵宏,汪爱英,孙超,闻立时. 金属学报. 2003(09)
[8]抗高温氧化合金的研究进展[J]. 陈磊,王富岗. 材料导报. 2002(05)
[9]带热浸铝涂层MANETⅡ马氏体钢的氢渗透性能研究[J]. 姚振宇,M.Chini,A.Aiello,G.Benamati. 核科学与工程. 2002(01)
博士论文
[1]氢在钢中的渗透特性及镀层阻氢渗透机理的研究[D]. 李勇峰.华东理工大学 2012
[2]等离子复合渗技术制备氧化物阻氚涂层及其性能研究[D]. 刘红兵.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]增韧阻氚一体化层状钨基复合材料的制备与研究[D]. 周同.华中科技大学 2016
[2]金属钒块体中和表面上杂质原子的占位与扩散特性研究[D]. 龚玲.湖南大学 2013
[3]防氚渗透涂层用包裹粉料的制备及表征[D]. 张丹.华中科技大学 2011
[4]典型托卡马克装置环向场线圈受力—结构分析[D]. 张继明.电子科技大学 2009
本文编号：3331883
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3331883.html
