V-5Cr-5Ti表面V-Al/Al 2 O 3 阻氚涂层的制备及性能研究
发布时间：2022-12-18 01:36
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。...
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 核聚变能
1.2 结构材料表面阻氚涂层是聚变堆氚自持与氚安全的保证
1.2.1 聚变堆氚的增殖与自持
1.2.2 聚变堆结构材料
1.2.3 结构材料表面阻氚涂层的必要性
1.3 阻氚涂层材料类型
1.3.1 氧化物涂层
1.3.2 钛基陶瓷涂层
1.3.3 硅化物涂层
1.3.4 M-Al/Al_2O_3涂层
1.4 M/Al-Al_2O_3涂层的制备方法
1.4.1 热浸镀铝(HDA)
1.4.2 物理气相沉积法(PVD)
1.4.3 化学气相沉积法(CVD)
1.4.4 等离子喷涂法(PS)
1.4.5 溶胶—凝胶法(SG)
1.4.6 电化学沉积(ECD)
1.4.7 制备方法的比较
1.5 铝化物涂层的阻氚渗透性能
1.5.1 氢同位素渗透测量
1.5.2 氢同位素在涂层中渗透模型
1.5.3 铝化物涂层阻氚性能影响因素
1.6 课题的提出及主要研究内容
第2章 实验方法及原理简介
2.1 实验材料
2.1.1 主要试剂及气体
2.1.2 钒合金样品与电极材料
2.2 实验方法
2.2.1 阳极活化及电沉积铝
2.2.2 热处理与选择性氧化
2.2.3 氘渗透率测量
2.3 表征与分析手段
2.3.1 表面形貌分析
2.3.2 样品成分与结构分析
2.3.4 显微硬度分析
2.3.5 电流沉积效率的确定
第3章 V-5Cr-5Ti表面阳极化处理及离子液体电镀铝
3.1 引言
3.2 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中的阳极行为
3.2.1 开路电位-时间曲线
3.2.2 线性扫描伏安曲线与恒电位极化测量
3.3 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中的阳极活化处理
3.4 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中的表面铝沉积
3.4.1 阳极活化前处理对Al镀层的影响
3.4.2 电流密度的影响
3.4.3 沉积时间与温度的影响
3.5 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中电沉积铝机理
3.6 本章小结
第4章 V-5Cr-5Ti表面V-Al涂层制备
4.1 引言
4.2 实验设计依据
4.3 热处理温度对渗铝层结构的影响
4.3.1 渗铝层截面结构特点
4.3.2 渗铝层成分的深度剖析
4.3.3 渗铝层结构的X&D分析
4.4 铝镀层厚度对渗铝层结构的影响
4.4.1 不同铝镀层样品850℃下热处理1h
4.4.2 不同铝镀层样品950℃下热处1h
4.4.3 不同铝镀层样品1050℃下热处理1h
4.5 热处理时间对渗铝层结构的影响
4.6 渗铝涂层的维氏硬度
4.7 Al_8(V Cr,Ti)_5层的生长动力学规律
4.8 本章小结
第5章 V-5Cr-5Ti表面V-Al涂层选择性氧化
5.1 引言
5.2 氧化实验的设计
5.2.1 选择性氧化原理
5.2.2 实验参数的设计
5.3 氧化前渗铝样品的处理
5.4 渗铝样品在不同温度下的氧化
5.5 950℃下氧分压对渗铝样品氧化的影响
5.5.1 氧分压对氧化样品表面形貌的影响
5.5.2 氧化样品表面元素价态分析
5.5.3 氧化样品表面结构分析
5.5.4 氧分压的影响分析
5.6 950℃下氧化时间对渗铝样品氧化的影响
5.7 本章小结
第6章 V-Al/Al_2O_3涂层的阻氘渗透性能
6.1 引言
6.2 实验设计
6.3 V-Al/Al_2O_3涂层的阻氚性能
6.3.1 V-Al/Al_2O_3涂层的渗透动力学曲线
6.3.2 V-Al/Al_2O_3涂层的阻氘因子
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 后续工作展望
参考文献
致谢
附录
本文编号：3721063
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 核聚变能
1.2 结构材料表面阻氚涂层是聚变堆氚自持与氚安全的保证
1.2.1 聚变堆氚的增殖与自持
1.2.2 聚变堆结构材料
1.2.3 结构材料表面阻氚涂层的必要性
1.3 阻氚涂层材料类型
1.3.1 氧化物涂层
1.3.2 钛基陶瓷涂层
1.3.3 硅化物涂层
1.3.4 M-Al/Al_2O_3涂层
1.4 M/Al-Al_2O_3涂层的制备方法
1.4.1 热浸镀铝(HDA)
1.4.2 物理气相沉积法(PVD)
1.4.3 化学气相沉积法(CVD)
1.4.4 等离子喷涂法(PS)
1.4.5 溶胶—凝胶法(SG)
1.4.6 电化学沉积(ECD)
1.4.7 制备方法的比较
1.5 铝化物涂层的阻氚渗透性能
1.5.1 氢同位素渗透测量
1.5.2 氢同位素在涂层中渗透模型
1.5.3 铝化物涂层阻氚性能影响因素
1.6 课题的提出及主要研究内容
第2章 实验方法及原理简介
2.1 实验材料
2.1.1 主要试剂及气体
2.1.2 钒合金样品与电极材料
2.2 实验方法
2.2.1 阳极活化及电沉积铝
2.2.2 热处理与选择性氧化
2.2.3 氘渗透率测量
2.3 表征与分析手段
2.3.1 表面形貌分析
2.3.2 样品成分与结构分析
2.3.4 显微硬度分析
2.3.5 电流沉积效率的确定
第3章 V-5Cr-5Ti表面阳极化处理及离子液体电镀铝
3.1 引言
3.2 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中的阳极行为
3.2.1 开路电位-时间曲线
3.2.2 线性扫描伏安曲线与恒电位极化测量
3.3 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中的阳极活化处理
3.4 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中的表面铝沉积
3.4.1 阳极活化前处理对Al镀层的影响
3.4.2 电流密度的影响
3.4.3 沉积时间与温度的影响
3.5 V-5Cr-5Ti在AlCl_3-EMIC中电沉积铝机理
3.6 本章小结
第4章 V-5Cr-5Ti表面V-Al涂层制备
4.1 引言
4.2 实验设计依据
4.3 热处理温度对渗铝层结构的影响
4.3.1 渗铝层截面结构特点
4.3.2 渗铝层成分的深度剖析
4.3.3 渗铝层结构的X&D分析
4.4 铝镀层厚度对渗铝层结构的影响
4.4.1 不同铝镀层样品850℃下热处理1h
4.4.2 不同铝镀层样品950℃下热处1h
4.4.3 不同铝镀层样品1050℃下热处理1h
4.5 热处理时间对渗铝层结构的影响
4.6 渗铝涂层的维氏硬度
4.7 Al_8(V Cr,Ti)_5层的生长动力学规律
4.8 本章小结
第5章 V-5Cr-5Ti表面V-Al涂层选择性氧化
5.1 引言
5.2 氧化实验的设计
5.2.1 选择性氧化原理
5.2.2 实验参数的设计
5.3 氧化前渗铝样品的处理
5.4 渗铝样品在不同温度下的氧化
5.5 950℃下氧分压对渗铝样品氧化的影响
5.5.1 氧分压对氧化样品表面形貌的影响
5.5.2 氧化样品表面元素价态分析
5.5.3 氧化样品表面结构分析
5.5.4 氧分压的影响分析
5.6 950℃下氧化时间对渗铝样品氧化的影响
5.7 本章小结
第6章 V-Al/Al_2O_3涂层的阻氘渗透性能
6.1 引言
6.2 实验设计
6.3 V-Al/Al_2O_3涂层的阻氚性能
6.3.1 V-Al/Al_2O_3涂层的渗透动力学曲线
6.3.2 V-Al/Al_2O_3涂层的阻氘因子
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 后续工作展望
参考文献
致谢
附录
本文编号：3721063
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