發(fā)布時間：2021-12-22 16:22

　　為了確保聚變堆中的氚自持和環(huán)境安全性,氚增殖包層及其輔助涉氚系統(tǒng)的結構材料必須具有盡可能低的氚滲透率。除了可靠的氚包容和涉氚系統(tǒng)結構設計外,阻氚涂層是減少氚通過結構材料向其它系統(tǒng)及環(huán)境滲透的有效措施之一。因具有滲透率降低因子（PRF）高、熱失配小、冶金結合、相容性好及自修復性能等優(yōu)點,FeAl/Al2O3型鋁化物涂層成為多國氚增殖包層的首選阻氚涂層。然而,與涂層的體相性質相比,在實際應用中鋁化物阻氚涂層的性能常常低于預期�？赡艿脑蚴卿X化物涂層中存在合金化效應,包括基底效應和摻雜效應。然而,目前鋁化物阻氚涂層研究主要集中在涂層的制備工藝研發(fā)及性能優(yōu)化階段,且涂層的制備僅在有限幾種鋼基底上展開,還未系統(tǒng)深入地研究鋼基底本身的材料特征包括所含合金元素、微觀組織結構等對涂層的影響及相關機理。鑒于此,本論文首先從實驗上系統(tǒng)地研究了不同Cr鋼基底表面鋁化物阻氚涂層的形成過程及阻氘滲透性能,證實了鋁化物阻氚涂層中存在基底效應,并探討了基底效應的來源及影響因素。其次,從理論上研究了鋼基底材料中最主要的合金元素Cr對鋁化物阻氚涂層主要功能部分即A1203中的缺陷化學及H在材料中的存在形式和輸運行為的影... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１典型鉛化物阻氣涂層的結構模型??鉛化物ＴＰＢ涂層的制備通常包含鉛化和氧化兩個步驟ＰＳ’ｗｉ：前者是通過侶源中的Ａ１??

這一點ｔｓｕ。因此，在鉛化物阻氣涂層中，Ａｋ〇３中（包括表面和體相）氨的輸運主導了??氨的滲透過程。第一性原理研究ｆ４２’８２＇表明，在熱力學上，ａ－Ａｌ２〇３阻氨滲透的主要原因??可歸于平衡狀態(tài)下ａ－Ａｌ２〇３中極低的巧＋濃度；而在動力學上（見圖１．２），在鉛化物阻??氣涂層通常工作溫度范圍內(nèi)（５００－７００?°Ｃ），當滲透壓力高于１７ｋＰａ時，氨原子圍繞??ａ－Ａｌ２〇３化１〇２）面第３原子層的氧原子的旋轉阻滯了氨滲透過程；當壓力低于１?ｋＰａ??時，氨分子在（Ｘ－ＡＩ２Ｏ３?Ｕ－１０２）面第２及第４原子層的鉛原子間位置的極性解離阻滯了??氨滲透過程。然而，Ａｂ〇３表面和體相中原子的輸運性質均強烈受制于其缺陷化學包括??雜質化學ｔｗ’Ｗ。雜質，即使其濃度僅在ｐｐｍ量級，也將主導ａ－Ａｌ２〇３的雜質化學ｔＭ’ｓＷ。??因此，有理由相信氯同位素在ＡＩ２Ｏ３中的滲透行為將因雜質的存在發(fā)生很大改變。對于??Ａｌ２〇３材料，由于其表面氨的具體吸附狀態(tài)、表面及體相的缺陷化學及雜質對缺陷化學??的影響等還未進行系統(tǒng)深入地研究，即使結合上述可能的作用機理，仍不能很好的揭示??其阻氨滲透機理。??！?－Ｂ－Ｏ．ＺｋＰａ?．?：??｝：：：?：??Ｙ?／／?Ｘｄｉｆｆｕｓｔｏｎ?Ｉ??１Ｅ－１２．?＾?／?１??３００?４００?５００?朗０?７００?８００?９００?１０００??Ｔ．Ｋ??圖１．２?ａ－Ｍ〇３中氨原子的擴散速率ｒＨ與溫度和壓力的關系（為氨分子的解離速率）Ｐ２１??１３錯化物臟氣涂層的制備技術??隨著現(xiàn)代科技的進步

效控制涂層的成分和微觀結構。Ｕｅｋｉ等用ＳＧ技術在ＳＵＳ３０４不誘鋼表面制備了約１００??＾ｍｌ厚的Ａｌ２０３涂層，該涂層具有凹凸型表面，且與基底為物理結合，故結合力相對較弱，??如圖１．３所示。Ｗａｎｇ等［＂］采用ＳＧ技術在ＦｂＣｒ－Ａｌ合金表面制備了厚度均勻、無裂紋的??Ａｂ＆涂層。該涂層可能對防氣滲透有效，但還未經(jīng)實驗證實。有意思的是，ＳＧ技術制??得的Ａｌ２〇３涂層的晶體結構隨制備溫度而變ＵＳＩ。在５００?°Ｃ時涂層是無定形結構，而在??６５０?°Ｃ時為Ｙ－ＡＩ２Ｏ３，當溫度升高到１１００?°Ｃ時，又轉化為ａ－ＡｂＯｓ＾。可見，在阻氣涂層??制各方面，ＳＧ技術有很好的應用前景，但還需考慮所制涂層的阻氣性能。??ｍＯｍ??圖１．３?ＳＧ方法制備Ｍ０３涂層的典型截面形貌ｉｗ＇??１．３．８其它制備技術??金屬有機沉積（Ｍｅｔａｌ?ｃｎ＾ｇａｎｉｃ?ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，?ＭＯＤ）技術是在傳統(tǒng)ＳＧ技術上改進??而來的，它是將金屬有機化合物溶解于有機溶劑中，然后用勻膠機、浸潰提拉、噴涂等??方法把溶液涂在襯底上，經(jīng)過加熱使有機物揮發(fā)成無機膜，最后高溫結晶。與ＳＧ技術相??比

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本文編號：3546703