大气等离子体喷涂钨涂层的制备和改性及高热负荷测试研究
发布时间：2021-08-04 02:34
大气等离子体喷涂（APS）是一种沉积效率高,经济便捷的涂层技术,可以一步解决面向等离子体材料钨的制备及其与热沉铜的连接问题。但是,传统APS钨涂层存在一些固有缺陷,如结合强度低、孔隙率大、含氧量高等。论文结合APS优缺点,在钨涂层材料和钨铜水冷部件的制备、性能改进及高热负荷测试等方面开展了一系列研究工作。在钨涂层制备方面,采取多种方法改进和优化传统APS工艺,包括高速等离子体喷涂、亚微米钨粉喷涂及主动水冷喷涂方法等,对使用改进方法制备的钨涂层的相关性能进行了测试和比较,结果表明,改进方法喷涂钨涂层的性能优于传统APS钨涂层。本文创新性地提出采用退火和表面重熔工艺改进APS钨涂层性能,探索通过后处理提升喷涂涂层性能的可行性。研究了真空和氢氛围退火对喷涂钨涂层性能的影响,以及高能电子束重熔处理后,喷涂钨涂层表面微观结构变化。结果表明,一定温度下退火处理能将涂层中的氧化钨还原成钨,降低氧含量;钨出现再结晶现象,涂层孔隙率降低,显微硬度和热导率值提高。表面重熔处理后,钨涂层由层状机械结合变成了冶金结合,显微硬度和纯度得到提升。针对面向等离子体材料和部件的高热负荷测试需求,分别建立了能量密度达到...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１托卡马克示意图??托卡马克结构与其它受控核聚变结构相比有很多优势，是目前公认的最有希??
????ｉ??—ｉ—?ｉ?ｉ?］??１?Ｉ?ＰｌＩＪｍｗ）?Ｐｅ＾ＭＷ）１！??ｇｌ／?．?，?．?＂?■?－?—＾」Ｉ??ＱＬ１，，?丨：．１．?１?Ｉ?■■?１，１?？■■■—」Ｔ?—?．―１—．Ｌ＿?—■＿?ＬＡＪ４?Ｃ??４１?１?１?１?１?“?Ｔｍ１．５??－！?Ｊ?Ｔｔ?＿Ｊ１?二１１???＾Ｌ：二：二?＂会??ｎｌＺ??．?．?ｉ?Ｍｊ〇??０?２０?４０?６０?８０?１００???Ｔｉｍｅ（ｓ）???图１．２?ＥＡＳＴ实现１０１．２秒高约束放电等离子体??１．２面向等离子体材料和部件??１．２．１面向等离子体材料的发展??氘氚聚变成功实现的道路上仍然存在许多难以克服的障碍，从工程方面来说，??材料问题是制约聚变堆成功运行的关键一环［２２］。在托卡马克装置中，很多部件会??直接面向氖氣聚变等离子体，如第一壁（Ｆｉｒｓｔｗａｌｌ，ＦＷ）、偏滤器（Ｄｉｖｅｒｔｏｒ）及??限制器（Ｌｉｍｉｔｅｒ）等，这些部件也被称作面向等离子体部件（Ｐｌａｓｍａ?Ｆａｃｉｎｇ??Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ＰＦＣｓ），可以阻挡屏蔽来自高温等离子体的冲击和辖照，从而保护??聚变堆装置外围的材料和部件［２３］。偏滤器是托卡马克实验装置以及未来聚变反应??堆中的一个非常重要和关键的部件，其概念最早于２０世纪８０年代提出，主要作??用是在等离子体放电过程中，屏蔽和控制杂质进入堆芯，减少对核心区等离子体??的污染，还可以把从核心区逸出的粒子流和热流以及核聚变反应过程中所产生的??氦灰排出去，减少粒子流与第一壁之间的相互作用，偏滤器的引入使等离子体芯??部变得更加清洁［２４］。
?第１章引言???低溅射产额、低氚吸附、高的抗等离子体轰击等能力，己经被认为是国际热核试??验反应堆（ＩＴＥＲ）中制造ＰＦＣｓ最有前途的材料之一［３５，￥，现在托卡马克装置中??的第一壁与偏滤器都在往全钨化发展，如图１．３所示［３７］。面向等离子体材料已经??成为了制约聚变堆能否成功运行的关键一环，因此，对ＰＦＭｓ和ＰＦＣｓ的研宄一??直以来都在不停地展开和突破。??１＾—??图１．３面向等离子体材料的发展??１．２．２面向等离子体材料和部件的制备??金属钨己经被选定作为ＩＴＥＲ中制造ＰＦＣｓ的首选材料。金属铜的热导率高、??导热效果非常好，易于进行机械加工，经常用于高温条件下的导热材料。把钨和??铜结合在一起做成ＰＦＣｓ部件，一方面可以抵挡聚变堆中高热粒子流的冲击，另??一方面可以把表面沉积的热量迅速地转移出去，所以钨铜是聚变堆中比较理想的??制备ＰＦＣｓ材料［３８］。但是钨是一种很脆的金属、难于进行机械加工，加上铜和钨??两种材料在热导率和线膨胀系数上存在着非常大的差别ｍ，％，在钨铜复合和部件??服役过程中都会产生很大的热应力而导致失配，所以要把钨和铜连接在一起是非??常困难的。选择适当的连接工艺，缓解钨铜结合面的热应力可以有效提高部件的??性能和使用寿命［４１，４２］。??现阶段比较常见的钨铜ＰＦＣｓ结构主要有穿管结构（ｍｏｎｏｂｌｏｃｋ）和平板结构??（Ｆｌａｔ－ｔｉｌｅ）?ｔ４＇穿管型结构是用铜合金圆管将多个钨块串连焊接在一起，平板型??结构是将钨块像贴瓷砖一样平铺在热沉铜合金表面，如图１．４所示。穿管型结构??具有优异的抗高热辐照性能，但制造工艺复杂、成本高，平板型结构的抗高热辖??照性
本文编号：3320823
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１托卡马克示意图??托卡马克结构与其它受控核聚变结构相比有很多优势，是目前公认的最有希??
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?第１章引言???低溅射产额、低氚吸附、高的抗等离子体轰击等能力，己经被认为是国际热核试??验反应堆（ＩＴＥＲ）中制造ＰＦＣｓ最有前途的材料之一［３５，￥，现在托卡马克装置中??的第一壁与偏滤器都在往全钨化发展，如图１．３所示［３７］。面向等离子体材料已经??成为了制约聚变堆能否成功运行的关键一环，因此，对ＰＦＭｓ和ＰＦＣｓ的研宄一??直以来都在不停地展开和突破。??１＾—??图１．３面向等离子体材料的发展??１．２．２面向等离子体材料和部件的制备??金属钨己经被选定作为ＩＴＥＲ中制造ＰＦＣｓ的首选材料。金属铜的热导率高、??导热效果非常好，易于进行机械加工，经常用于高温条件下的导热材料。把钨和??铜结合在一起做成ＰＦＣｓ部件，一方面可以抵挡聚变堆中高热粒子流的冲击，另??一方面可以把表面沉积的热量迅速地转移出去，所以钨铜是聚变堆中比较理想的??制备ＰＦＣｓ材料［３８］。但是钨是一种很脆的金属、难于进行机械加工，加上铜和钨??两种材料在热导率和线膨胀系数上存在着非常大的差别ｍ，％，在钨铜复合和部件??服役过程中都会产生很大的热应力而导致失配，所以要把钨和铜连接在一起是非??常困难的。选择适当的连接工艺，缓解钨铜结合面的热应力可以有效提高部件的??性能和使用寿命［４１，４２］。??现阶段比较常见的钨铜ＰＦＣｓ结构主要有穿管结构（ｍｏｎｏｂｌｏｃｋ）和平板结构??（Ｆｌａｔ－ｔｉｌｅ）?ｔ４＇穿管型结构是用铜合金圆管将多个钨块串连焊接在一起，平板型??结构是将钨块像贴瓷砖一样平铺在热沉铜合金表面，如图１．４所示。穿管型结构??具有优异的抗高热辐照性能，但制造工艺复杂、成本高，平板型结构的抗高热辖??照性
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