316L不锈钢基材功能梯度Al涂层残余热应力分析

涂层材料的功能性和可靠性在很大程度上受残余热应力的影响,为降低残余热应力防止涂层开裂以及提高其热机械性能,利用有限元方法对Al/316L系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力分布进行分析,详细讨论了成分分布指数、涂层厚度和梯度层数目对应力大小和分布的影响.分析结果表明成分分布指数的增大不但影响涂层和基体界面的应力大小,还影响涂层中热应力峰值所处位置;涂层残余应力随着梯度层厚度的增加而减小;梯度层数的增多,有利于涂层中残余热应力的缓和,但当梯度层数达到9时,缓和效果并不明显.     

316L不锈钢基材防氚渗透Al2O3涂层残余热应力分析

在聚变堆防氚渗透第一壁制备过程中,Al2O3涂层与316 L不锈钢基体间由于材料热膨胀系数的差异容易产生裂纹.本文利用有限元方法研究了AL2O3/316 L涂层制备过程中的残余应力的分布.结果表明在界面等区域存在严重的应力集中;涂层厚度、孔隙率大小以及涂层是否致密对残余应力水平有很大影响.涂层内部关键区域的残余应力水平,随着涂层厚度增加而增加;孔隙率不同对界面的残余应力分布趋势没有明显影响,但对应力值却有很大影响,孔隙率增大涂层残余应力最大值下降;相同厚度情况下致密Al2O3涂层所受压应力远大于多孔Al2O3涂层承受的残余应力.     

镍基合金压力容器环形焊缝残余应力数值模拟与失效应力分析

根据英国结构完整性评估标准BS7910(2013),考虑焊接残余应力影响,采用失效评估图(Failure Assessment Diagram,FAD)方法对镍基合金压力容器焊接部位内表面裂纹进行安全评估。首先采用有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)方法,对压力容器V型、X型坡口环焊缝多层多道对接焊进行数值模拟,获取焊接残余应力分布,并将V型坡口对接焊焊接残余应力曲线与BS7910(2013)标准残余应力分布进行了对比;其次,对BS7910(2013)1级-FAC曲线进行公式化简,在焊接位置考虑残余应力、应力集中、塑性失效因子三因素的影响,对轴向内部半椭圆裂纹进行了失效应力预测。结果表明:残余应力的分布直接影响计算结果,残余拉应力越大,相应失效应力越小;残余应力值和裂纹深度a保持不变,失效应力计算结果随c/a(c为裂纹半长)增大而减小;当c/a比值不变,失效应力值随着a增大而减小。本文焊接残余应力模拟即及失效应力预测方法为以后含缺陷压力容器及管道失效应力计算(寿命预测)提供一定的参考。     

等离子喷涂方法制备的钼基体Al2O3涂层性能初步分析

给出了不同工艺制备钼基体Al2O3涂层的初步性能分析结果。等离子喷涂工艺由北京航空工艺研究所完成,包括基体与涂层之间的NiCrAl过渡层喷涂、无NiCrAl过渡层的Al2O3喷涂。喷涂时使用的保护性气体为Ar、N2,Al2O3涂层厚度为0.20mm、0.40mm。 对首批等离子喷涂8种工艺共94块样品进行了涂层结合强度试验、抗热冲击性能测试和金相分析,初步结果如下。 1）结合强度试验 采用拉伸方法进行结合强度测量,测得有过渡层样品的结合强度为5MPa左右,无过渡层样品的结合强度为30MPa。试验过程中,过渡层与基体完全脱离。其它工艺参数下制备样品的结     

PVD法304不锈钢基体表面（Ti，Cr）N和Ti／TiN涂层的磨损腐蚀行为

当坚硬的氮化物涂层应用在腐蚀性的环境下,磨损现象与腐蚀相伴发生;因此把耐腐蚀性和耐磨损性看成是两个独立的方面,它们的特性就不能代表真实降解过程,这两种现象之间的关联就变得极其重要了。通过实验室设备所做的耐磨损实验,很容易得到其电化学特性,在氯化钠溶液中,对TiN涂层（底层有钛和没有钛）和（Ti,Cr）N涂层做了不同的磨损实验。对实验结果进行了比较,并根据PVD过程的膜层织构和残余应力对不同的行为进行了解释。（Ti,Cr）N有着最佳本征耐腐蚀性的涂层,但在磨损腐蚀过程中的耐蚀层却很薄．很有可能是因为残余应力大于在TiN中的的残余应力．使得基体表面的涂层更脆且不易粘接。TiN/Ti样品在磨损腐蚀下表现最好,这主要是由于钛基体加强了涂层的连接性。由此可见,钛基层是减少TiN层残余应力的有效手段。     

316L不锈钢表面双层辉光离子渗金属技术制备Al2O3涂层

Al2O3涂层由于具有较好的阻氚渗透效果可用作聚变堆第1壁涂层.利用双层辉光离子渗金属技术在316L不锈钢表面进行渗Al后热氧化处理,得到了致密的Al2O3涂层.对渗Al层的成分和形貌分别利用X射线衍射分析仪和扫描电子显微镜进行了分析和观察.结果表明:双层辉光离子渗金属技术能够制备出均匀致密、与基体结合良好的渗Al层.在316L不锈钢表面渗Al的最佳工艺参数条件下,获得的渗Al层经随后的热氧化处理,可形成质量良好的致密Al2O3涂层.     

反应堆压力容器内部大尺寸环形异种金属焊缝残余应力分布研究

获得反应堆压力容器内部大尺寸环形异种金属焊缝残余应力分布可为反应堆压力容器结构设计和制造工艺优化提供指导,通过设计和制造能够代表产品焊接结构形式的镍基合金和低合金钢异种金属焊接结构模拟件,采用轮廓法测试焊接结构模拟件内部纵向残余应力,采用有限元法模拟计算焊接结构模拟件横向和纵向残余应力,获得了整个异种金属焊接接头残余应力分布特征。结果表明：焊缝区域内部纵向残余应力为拉伸应力,峰值应力达到500 MPa左右,并且表层应力大于内部应力,峰值应力出现在距下表面3 mm和24 mm位置;横向残余应力在焊缝区域从上表面到下表面的分布为拉应力-压应力-拉应力,压缩横向残余应力峰值达到−300 MPa,出现在距下表面约18 mm位置。本文研究可为焊接结构设计提供理论指导。     

Fe-Al/Al2O3涂层表面氧化膜的掠入射X射线衍射研究

本文采用掠入射X射线衍射（GXRD）α-2θ扫描模式,进行了掠入射角α为0.1°～5°范围内Fe-Al/Al₂O₃阻氚涂层表面氧化膜的X射线衍射实验。结果表明,随α的增加,表面氧化膜中Al₂O₃相与Fe₃Al相对应的衍射峰强度绝对值增强;α的增加加深了分析区域的深度,引起Al₂O₃相的相对含量下降,导致Al₂O₃相对衍射峰强度降低。对Fe-Al/ Al₂O₃涂层表面氧化膜的掠入射X射线衍射而言,较佳的掠入射角是0.25°,此时对应Al₂O₃相的衍射峰相对强度最高。经比对PDF卡片,表面氧化膜相结构为暂态γ-Al₂O₃（200）。在此基础上建立了GXRD分析Fe-Al/ Al₂O₃涂层表面亚微米氧化膜的相结构组成的快速无损检测方法。     

双功能锂铅实验包层模块第一壁冷却流道热工水力学设计优化分析研究

采用理论计算与数值模拟相结合的手段对双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)第一壁(FW)冷却剂流道热工水力学优化方案进行了研究.理论计算给出了不同流速时第一壁结构温度与冷却剂出口温度,并用经验公式估算出相应的冷却剂压降,考虑氦气出口总温、总压降与结构温度限制给出最优方案.采用CFD数值模拟对优化方案进行验证,结果表...     

Simulation of thermal stress in Er2O3 and Al2O3 tritium penetration barriers by finite-element analysis

The physical vapor deposition method is an effective way to deposit Al2O3 and Er2O3 on 316L stainless steel substrates acting as tritium permeation barriers in a fusion reactor.The distribution of residual thermal stress is calculated both in Al2O3 and Er2O3 coating systems with planar and rough substrates using finite element analysis.The parameters influencing the thermal stress in the sputter process are analyzed,such as coating and substrate properties,temperature and Young's modulus.This work shows that the thermal stress in Al2O3 and Er2O3 coating systems exhibit a linear relationship with substrate thickness,temperature and Young's modulus.However,this relationship is inversed with coating thickness.In addition,the rough substrate surface can increase the thermal stress in the process of coating deposition.The adhesive strength between the coating and the substrate is evaluated by the shear stress.Due to the higher compressive shear stress,the Al2O3 coating has a better adhesive strength with a 316L stainless steel substrate than the Er2O3 coating.Furthermore,the analysis shows that it is a useful way to improve adhesive strength with increasing interface roughness.     

Al_2O_3:C晶体辐射发光剂量特性的数值模拟

在医学放射治疗上可以利用Al2O3:C晶体产生的辐射发光(Radio-luminescence,RL)测量放射治疗的剂量率。本文采用双电子陷阱双复合中心动力学模型对Al2O3:C晶体的辐射发光剂量特性做了数值模拟,给出了β射线辐照Al2O3:C晶体过程中各能级上载流子和RL产生的动态过程,并首次数值模拟了F+中心浓度和高剂量辐照对RL的影响。模拟结果表明:β射线连续辐照Al2O3:C时其产生的RL强度由初始值达到平衡值,且初始值和平衡值都与剂量率成正比,随着Al2O3:C晶体中F+中心浓度的增加,RL强度增强,初始值和平衡值都增加,最后给出了高剂量辐照Al2O3:C晶体对RL的影响。文章中数值模拟的结果和先前实验结果相一致,同时模拟结果对Al2O3:C晶体在制备过程中如何提高RL强度从理论上指明了方向。     

ITER双功能液态锂铅实验包层系统故障模式影响分析

实验包层模块允许放置在ITER中实验的前提是其对ITER的安全以及对工作人员和环境不构成显著影响。ITER要求各参与方的实验包层模块在实验前必须提交安全分析报告,进而获取安全许可证。在中国双功能锂铅实验包层模块(DFLL-TBM)设计基础上,采用了故障模式影响分析(FMEA)方法对DFLL-TBM进行了安全评估与分析,得到所有可能导致严重后果的假设始发事件,验证了确定论安全分析所选择的三个参考事件可以包络所有的假设始发事件。     

ITER中国液态锂铅实验包层模块热工水力学设计与分析

依据ITER堆芯物理参数和中子学计算结果,给出了双功能锂铅实验包层模块热工水力学设计方案,并对氦气系统和液态金属锂铅系统压降和驱动功率进行了初步计算.相关中子学、结构、安全及MHD模拟结果证实了设计方案的可行性.     

ITER中国氦冷固体实验包层模块温度场和氦气流场三维数值分析

采用通用计算流体力学软件Fluent对应用于国际热核实验堆(ITER)的实验包层模块(TBM)的第一壁Be、Be球床中子增殖区、Li4SiO4陶瓷球床氚增殖区、以及结构材料的温度场和氦气流道内流场进行了三维数值模拟,研究了TBM的温度场及冷却管道内的氦气流场的分布.结果表明,除极小区域外,材料的温度在该材料所允许的工作范围之内;氦气表现出很好的流动和换热特性.     

离子束辅助沉积制备Al／Al2O3双层膜及其性质

利用离子束辅助沉积的方法在ＣＫ４５号钢和ＡｌＴｉ合金基体上制备了具有不同厚度Ａｌ层或Ａｌ２Ｏ３层的Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３双层膜系统，Ａｌ与Ａｌ２Ｏ３层之间是厚度为１００ｎｍ的梯度界面层，利用电化学方法测量了样品在近中性水溶液中耐腐蚀性能，实验中还测量了样品的表面硬度和耐摩擦性能，研究了双层膜系统中Ａｌ或Ａｌ２Ｏ３层厚度变化对样品物理性质和化学性质的影响。     

Effect of the number of graded layers on the microstructure and properties of SiC/C functionally graded materials

SiC/C bulk functionally graded materials (FGMs) with different numbers of graded layers (N) for fusion technology were designed and fabricated successfully by a power stacking method and hot-pressing process under the pressure of 30 MPa at 2000 °C. Results showed that the number of graded layers (N) had marked effect on the microstructure and properties of the as-received SiC/C FGMs. SEM examinations indicated that interfaces between the adjacent layers faded out gradually and became more linearly continuous gradient with increasing number of graded layers, which led to marked improvement in the bend strength and thermal shock resistance of the samples. Water quenching tests with a temperature difference of 500 °C showed that SiC/C FGMs with N > 8 had the best thermal shock resistance for the materials studies, and no cracks occurred after 90 quench cycles.     

ITER中国液态锂铅实验包层模块第一壁等离子体注入氚滞留分析

对等离子体注入ITER中国液态锂铅实验包层模块第一壁滞留的氚进行了分析,考虑了第一壁温度梯度、材料表面清洁度、加挂Be瓦及结构材料内缺陷等因素对氚滞留量的影响。分析结果显示,滞留的氚主要存在于中子辐照引起的缺陷内;氚滞留量对第一壁面向等离子体侧的清洁度及加挂Be瓦很敏感;总的氚滞留量约0.58 mg,不会对ITER真空室内氚滞留造成显著影响。