钼合金基体等离子喷涂Al_2O_3涂层研究

本工作研究了钼合金作为基体等离子喷涂Al2O3的喷涂工艺,并对喷涂样品进行了分析。其中,基体材料钼合金的尺寸为φ26mm×10mm,涂层材料为99%的高纯Al2O3粉末,粒度为10～30μm。试样端面喷砂活化处理之后进行等离子喷涂。试验采用有底层和无底层两种喷涂方式,涂层厚度为0.25mm。分别对涂层的金相组织、孔隙率、硬度和结合强度进行测试。结果表明,有底层涂层样品的结合强度为5MPa左右,无底层的结合强度为17MPa,观察到底层与基体结合处产生裂纹导致强度偏小。Al2O3涂层的孔隙率随着喷涂距离的增大而增大,显微硬度和结合强度相反则随着喷距…     

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.     

等离子喷涂Fe-Ni-B屏蔽涂层的结构与性能研究

采用大气等离子喷涂技术在1Cr18Ni9Ti钢基体上制备了Fe-Ni-B涂层,并对涂层进行了重熔处理.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光光谱仪(EDX)对重熔前后涂层的显微组织及界面结构进行了微观分析,并对重熔前后涂层的显微硬度、热疲劳性能、结合强度进行了试验研究.结果表明,重熔处理对涂层显微结构有明显改善,涂层更为致密.涂层与基体界面处已发生相互扩散并有新相生成,涂层热疲劳性能更好,结合强度也有所提高.     

CLAM钢基体表面Al2O3功能梯度涂层残余应力模拟分析

在ITER中国液态锂铅测试包层模块设计中拟采用Al2O3作为防氚渗透耐蚀绝缘涂层,为了防止涂层与CLAM钢基体间由于材料热膨胀不匹配而开裂失效,采用热应力缓和型功能梯度涂层。利用有限元分析软件ANSYS研究了Al2O3/CLAM钢系功能梯度涂层的残余应力分布。模拟结果表明,当成分分布指数p=0.8、层数N=6、梯度层厚度为H=0.6 mm时,应力缓和效果最优。此分析结果可为该涂层制备工艺的优化提供理论指导。     

1Cr17Ni4不锈钢等离子体喷涂金属涂层的摩擦磨损特性研究

研究了1Cr17Ni4马氏体型不锈钢表面等离子体喷涂FeCrA1Y、NiCrAlY2O3和NiCrAlY金属涂层的组织结构和小位移滑动的摩擦磨损特性。采用拉伸方法进一步分析了各涂层的结合强度、结果表明,在该等离子体喷涂工艺下,3种涂层摩擦系数相当,均明显低于ICr17Ni4不锈钢基材的值;Ni基涂层耐磨性能有所提高,其中NiCrAlY金属涂耐磨性能最好．但FeCrAlY涂层耐磨性能不及基体材料。3种涂层的磨损机制主要为磨粒在磨损中的塑性变形机制和疲劳磨损机制。     

等离子与激光复合热源喷涂WC-CoCr涂层组织性能研究

用等离子束与激光束复合热源喷涂工艺(Laser Hybrid Plasma Spraying,LHPS)在38CrMoAl基体上制备WC-10Co4Cr涂层,对涂层的显微硬度、结合强度、耐滑动摩擦磨损性能进行测试,用光学显微镜、XRD、SEM等方法对涂层的显微组织、相组成、磨损后形貌等测试分析,同时研究激光功率的变化对涂层组织性能影响。结果表明,复合热源喷涂WC-10Co4Cr涂层微观组织与性能随激光功率大小而变化,当激光功率在2100-2500 W时,涂层与基体浸润性好,组织相对致密,结合强度高,摩擦系数低且抗摩擦磨损性能好,其磨损机制为塑性切削与脆性剥落,以脆性剥落为主。     

预处理和溅射工艺参数对锆合金表面TiN涂层膜/基结合强度的影响

为获得高结合强度锆合金表面涂层的制备技术,采用磁控溅射法制备了TiN涂层、划痕法测试了膜/基结合强度,研究了基体预处理表面粗糙度、溅射功率、基体加热温度和基体偏压对锆合金表面TiN涂层膜/基结合强度的影响。实验制备的TiN涂层厚度在5～15 μm范围内、基体预处理表面粗糙度在（0.20±0.03） μm范围内时,溅射功率为500 W及基体加热至300 ℃时涂层均有较好的结合强度。基体偏压为-100 V时涂层在所讨论的4种基体偏压中具有最好的结合强度。结果表明,溅射工艺参数对涂层膜/基结合强度有显著影响,其中影响显著性从大到小依次为基体加热温度、基体偏压、溅射功率、基体预处理表面粗糙度。     

等离子喷涂制备FeCrAl涂层的ATF锆包壳性能研究

介绍了中广核研究院在事故容错燃料（ATF）包壳领域的最新成果,通过等离子喷涂技术制备出锆合金表面的FeCrAl保护层;通过扫描电镜（SEM）与X射线衍射（XRD）分析了涂层的显微结构与物相,筛选出最优工艺样品;通过高温蒸气氧化增重数据检测了FeCrAl涂层耐蚀性能,使用SEM与X射线能谱（EDS）分析了氧化后样品中的主要元素分布,并以此研究FeCrAl涂层无耐腐蚀性能的机理,提出工艺改进方案。      

CLAM钢基体上大气等离子体喷涂制备氧化铝涂层工艺研究

液态金属锂铅包层是目前国际上聚变堆包层设计研究的主流方案之一,但其仍面临高氚渗透率、液态锂铅对包层结构材料的腐蚀以及锂铅流动引起的磁流体动力学MHD效应等问题,而包层结构材料表面加覆涂层是解决上述问题的关键技术之一。本实验尝试利用大气等离子体喷涂(APS)工艺在中国低活化马氏体CLAM钢上制备多功能氧化铝涂层,试验结果表明:涂层与基底具有较好的结合强度,平均值为31.7 MPa;涂层电阻率为5.26×109~1.54×1010Ω.m;并呈现较高的显微硬度和致密度。本工作可为未来聚变堆液态锂铅包层涂层制备提供理论依据和技术储备。     

锆合金表面耐事故涂层研究进展

锆合金表面涂层是核电耐事故燃料研究的一个重要技术途径。本文综述了福岛事故后锆合金包壳外表面耐事故涂层的研究进展,依据涂层制备中的涂层材料、制备工艺、涂层性能表征等关键问题逐次展开。首先介绍用于核电锆合金表面的涂层材料,主要包括金属涂层、陶瓷类涂层、合金涂层和多层复合涂层。其次,介绍用于锆合金表面耐事故涂层的制备工艺,主要包括冷喷涂、离子镀、磁控溅射和其他种类的制备工艺。最后,介绍锆合金表面耐事故涂层性能表征方法以及涂层材料和制备工艺对涂层性能影响的研究工作,涂层性能包括涂层表面完整性和关键堆外性能两个方面。本研究进展可为进一步研究与开发锆合金表面耐事故涂层提供重要参考。     

用化学气相反应法在石墨基体上制备SiC涂层

石墨是建造高温气冷堆的主要材料,提高其抗氧化性能可以进一步改善高温气冷堆安全性.本文对利用化学气相反应法(CVR)在高温气冷堆燃料元件基体石墨上制备SiC涂层的工艺进行了探讨,利用XRD、Raman谱及SEM对制备的SiC涂层进行了分析.结果表明,可以获得单一β-SiC相的SiC涂层,涂层与基体之间具有良好的梯度过渡;但由于在涂层中存在一定的孔隙,仅用CVR制备的SiC涂层不能很好地改善石墨的抗氧化性能,将此方法和其他方法结合起来可以获得低成本的、均匀的SiC抗氧化涂层.     

Al2O3覆盖层制备工艺对YSZ涂层耐熔盐腐蚀性能的影响

高密度石墨(HDG)由于其良好的抗热震性和高温强度,被认为是极具应用前景的坩埚候选材料之一。然而,熔盐电解法处理乏燃料过程中,高密度石墨坩埚会与高温氯化物熔盐、乏燃料等具有腐蚀性的介质直接接触,从而对坩埚造成腐蚀,影响坩埚的稳定性和使用寿命。坩埚表面等离子喷涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层被证实具有优异的性能,但是涂层本身所存在的孔洞、裂纹以及液滴等缺陷严重制约了YSZ涂层在高温下的性能。因此,通过密封处理方法来提高涂层的致密度显得尤为迫切。本文利用磁控溅射(PVD)法和金属有机分解(MOD)法在等离子喷涂的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层表面制备了Al₂O₃覆盖层,研究了这两种方法制备的Al₂O₃覆盖层对YSZ涂层在NaCl-KCl熔盐中的抗腐蚀性能的影响,并利用SEM、EDS、XRD等对腐蚀前后涂层的形貌以及微观结构进行了详细表征。结果表明：PVD法制备的Al₂O₃覆盖层主要分布于YSZ涂层表面,使其表面致密度得到一定程度提升,但涂层内部的致密度以...     

双层辉光离子渗金属技术制备Al-Cr-Si氧化物阻氚涂层

本文采用双层辉光离子渗金属技术在316L不锈钢表面进行Al-Cr-Si共渗后氧化处理,制备致密的氧化物阻氚渗透涂层。用SEM、TEM和XRD分析制备涂层的组织结构,用划痕法和抗热震实验对其进行性能测试。结果表明,Cr、Si元素的掺入使涂层生成连续致密的Al2O3氧化膜;在外层富铝区,Al2O3和少量Fe、Cr的氧化物反应生成了尖晶石型复合氧化物Fe(AlCr)2O4。氧流量为0.01L/min时制得的氧化涂层的组织和性能最佳,其结合力达68N,热震实验后表面无裂纹出现。     

B4C涂层作为等离子体面对材料的一些性质

介绍了利用等离子喷涂设备,B4C/Cu梯度功能涂层及非梯度涂层的制备技术,在模拟实验装置中测量了在高能粒子(3 keV,D+)的作用下,B4C涂层的化学溅射产额、热解吸性能、热冲击性能及热导率.结果表明B4C是一种有希望为未来聚变装置中等离子体面对的材料.     

铬铸铁表面等离子喷涂Ni-Al-WC合金层及组织性能研究

研究了铬铸铁表面等离子喷涂Ni-Al-WC合金层及其组织性能。对喷涂层的化学成分、相组成、显微结构、平均显微硬度、耐磨性及耐蚀性等作了分析。结果表明：喷涂层与基体未完全实现冶金结合，其化学成分、显微组织发生了根本性转变，使表面硬度、耐磨性和耐蚀性得到较大幅度提高。     

铬铸铁表面等离子喷涂Ni-Al-WC合金层及组织性能研究

研究了铬铸铁表面等离子喷涂Ni-Al-WC合金层及其组织性能.对喷涂层的化学成分、相组成、显微结构、平均显微硬度、耐磨性及耐蚀性等作了分析.结果表明:喷涂层与基体未完全实现冶金结合,其化学成分、显微组织发生了根本性转变,使表面硬度、耐磨性和耐蚀性得到较大幅度提高.     

我国聚变堆结构材料表面阻氚涂层的研究进展

阻氚涂层是聚变堆实现氚自持及氚安全的关键科学与技术问题之一。我国通过国家磁约束聚变能发展研究专项依托国内优势单位部署了阻氚涂层基础问题及工程化技术研发工作。本文介绍了国内外聚变堆结构材料表面阻氚涂层研究进展,重点评述了近几年我国在阻氚涂层的材料选择、制备技术及阻滞氢渗透机制三个科学技术问题的研究进展,提出今后的研究方向。目前我国阻氚涂层材料类型以氧化物涂层为主,涂层制备工艺技术在不断优化和更新。Al2O3/FeAl阻氚涂层的电化学沉积铝(ECA)、粉末包埋渗铝(PC)及热浸铝(HDA)等方法的工艺处理规模及涂层阻氚性能在国际上均相对领先。发展了研究阻氚涂层阻滞氢渗透作用机理的方法,将通常基于Fick定律的表象研究方法向原子级方法前推了一步。未来需在考虑涂层制备工艺与基体材料成分、性能的关系及其在复杂形状结构件的适用性基础上,开发长寿命、高阻氚性能的阻氚涂层材料及制备工艺。     

中子辐照对Cr涂层锆合金力学性能的影响

为研究中子辐照对Cr涂层锆合金力学性能的影响,获得Cr涂层锆合金的辐照性能数据,本文针对多弧离子镀技术制备的Cr涂层锆合金开展了中子辐照考验,通过拉伸试验过程实时观测试样力学行为变化并对试验后断口微观形貌进行分析,研究了辐照后Cr涂层锆合金的力学性能以及涂层与基体的结合能力。结果表明：中子辐照导致Cr涂层锆合金的抗拉强度和屈服强度升高,断后伸长率下降,表现出与商用锆合金相似的辐照强化效应。同时Cr涂层与无涂层锆合金相比,其屈服强度和抗拉强度升高但塑性变形能力降低。另一方面,Cr涂层在拉伸变形量较大时产生环向裂纹,但未从基体表面剥落,中子辐照未对涂层结合强度产生明显的影响,受力过程中涂层仍保持了完整性。     

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.     

SA508钢表面临界热流密度强化试验研究

利用"冷喷涂"多孔涂层制备技术,在反应堆压力容器真实材料SA508Gr3碳钢试验件表面制备了微米尺度多孔涂层。通过可旋转实验装置,在常压下开展了下朝向不同角度条件下池沸腾SA508钢试验件光表面、冷喷涂涂层表面的临界热流密度(CHF)试验研究,获得了2种表面在不同倾角下的沸腾冷却曲线。试验结果表明,随着倾角的增加,CHF增加;采用涂层表面的CHF始终高于光表面的CHF,CHF强化至少在25%以上;在多次加热和冷却循环后,多孔涂层表面保持足够的强度和稳定性。