离子注入法在316L不锈钢基体上制备Al2O3 阻氚涂层

采用离子注入技术在316L不锈钢基体上制备了氧化铝阻氚涂层。对离子注入法的不同工艺参数对α-Al₂O₃涂层摩擦磨损、耐腐蚀、抗热震、阻氚性能的影响进行了研究。结果表明：温度、加速电压及离子注入剂量对α-Al₂O₃的含量均有影响。温度升高时, α-Al₂O₃的含量增加。增大加速电压及离子注入剂量时,α-Al₂O₃含量均出现先升高后降低的规律。离子注入剂量对涂层的摩擦磨损、耐腐蚀性能影响比较大：离子注入剂量越大,涂层的耐磨、耐腐蚀性能越好。涂层经过200次热震测试后未发生变化,抗热震性能较好。Al₂O₃膜层具有优异的阻氚性能,在600 ℃下能使316L不锈钢的氚渗透率降低3个数量级。     

氧化物陶瓷阻氚涂层的研究进展

利用阻氚涂层(TPB)降低结构材料中的氚损失,是聚变堆发展中的热点研究之一。陶瓷具有低氚渗透性、耐腐蚀性、高硬度和高热稳定性等特性,是目前聚变堆阻氚涂层首选材料。相对于硅化物、钛基等非氧化物陶瓷材料,氧化物陶瓷涂层具有熔点高、化学性质稳定、耐腐蚀性和阻氚渗透因子(PRF)高等优势,因此针对氧化物陶瓷阻氚涂层的研究较多。主要综述了单一氧化物陶瓷、复合氧化物陶瓷阻氚涂层近年来的研究现状与发展,如Y2O3、Er2O3、Al2O3等及其复合氧化物陶瓷材料,其中,因Al2O3及其复合物涂层具有优异的阻氚性能,得到了广泛的关注和研究。重点阐述了制备工艺、基体效应和辐照等影响氧化物陶瓷涂层阻氚性能的因素及氚在材料中的渗透机制,并分析了当前阻氚涂层在材料制备以及模拟服役环境等方面存在的不足与今后的研究重点,指出了未来可能的氧化物陶瓷阻氚涂层,以期为阻氚涂层的研究与后续实验提供一定的方向。     

FeAl/Al_2O_3复合阻氚涂层制备技术的研究进展

FeAl/Al_2O_3复合膜层是聚变堆氚增殖包层及辅助涉氚系统结构材料首选的阻氚涂层。其制备过程通常需要铝化和氧化2个步骤,铝化是Al原子与基体Fe原子通过相互扩散在基体表面形成铁铝固溶体(Fe,Al)或Fe-Al金属间化合物过渡层;氧化是使铝化涂层表面选择性氧化形成Al_2O_3膜。该阻氚涂层的制备可采用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、热浸铝化(HDA)、包埋渗铝(PC)、等离子体喷涂(PS)和电化学沉积(ECD)等技术。相对而言,CVD、HDA和PC等3种技术有较好的应用前景,有望成为聚变堆中FeAl/Al_2O_3阻氚涂层工程化制备的候选技术而ECD技术因其制备过程容易控制、涂层性能稳定、可涂镀复杂结构件等特点在FeAl/Al_2O_3阻氚涂层制备方面颇具吸引力。     

FeAl/Al2O3阻氚层的制备新方法与性能

采用室温熔盐电镀-热处理-氧化复合新技术在HR-2不锈钢上制备FeAl/Al2O3涂层,研究热处理温度与时间的影响,并表征涂层的形貌和性能。结果表明：25 ℃下,采用AlCl3-MEIC（氯化1-甲基3-乙基咪唑）室温熔盐在HR-2钢表面获得结合良好的纯铝镀层,电沉积速率为15 μm/h。650~750 ℃热处理1~30 h, 在HR-2钢表面制得成分渐变、冶金结合、无缝隙与裂纹的3~27 μm铝化物涂层,涂层截面为3层或2层结构;涂层生长速率与热处理温度的关系符合Arrhenius公式,活化能为116.9 kJ/mol;涂层的形成过程受原子扩散过程控制,其厚度随热处理时间变化呈抛物线关系。700 ℃,4 h热处理涂层在10-2 Pa O2中继续氧化80 h后,最终涂层由约30 μm厚的FeAl扩散层及约110 nm的γ-A12O3膜组成,600 ℃下该涂层使HR-2不锈钢的氘渗透率降低3个数量级;涂层可抗750 ℃~室温冷热循环20次以上。该方法有望成为ITER中氚包容容器表面阻氚层的候选制备新方法。     

等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的工艺研究

采用SprayWatch-2i粒子测速仪测定等离子喷涂时粒子的飞行速度及温度,确定最佳喷涂电流和电压参数,改变送粉方式和送粉速率制备Al2O3涂层.研究所制备涂层的孔隙率、显微硬度、耐磨性及结合强度,研究结果指出：影响Al2O3涂层质量的主要工艺参数为喷涂功率、送粉方式和送粉速率,等离子喷涂10～40μmAl2O3粉末制备Al2O3陶瓷涂层的最佳工艺参数为电流600 A、电压60 V、枪内送粉、送粉速率10.25 g/rmin.     

激光重熔Al2O3-TiO2涂层的强韧性能

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在Ti-6Al-4V基体上制备了Al₂O₃-TiO₂涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度试验和压痕试验等方法研究了激光重熔对涂层的组织及强韧性能的影响.结果表明,等离子喷涂Al₂O₃-TiO₂涂层中的主相为γ-Al₂O₃,而相应重熔涂层中的主相为α-Al₂O₃.激光重熔可消除喷涂态涂层内部的孔隙、微裂纹和层状堆垛等微观缺陷,获得致密化的组织,并使涂层与基体形成良好冶金结合.重熔涂层的硬度比相应喷涂态涂层约提高了50%,裂纹扩展抗力相比喷涂态涂层提高了近两倍.激光重熔纳米涂层中的未熔增强颗粒和纳米结构特性等对涂层起到了协同强化和韧化作用.     

纳米Al2O3/TiO2多层涂层的低温制备及其性能

采用原子层沉积技术(ALD)在200℃低温条件下将纳米Al₂O₃/TiO₂多层涂层沉积在硬质合金刀具表面。利用扫描电镜SEM、划痕测试仪和三向测力仪以及数控机床等设备,对不同形式的纳米Al₂O₃/TiO₂多层涂层刀具的涂层-基体结合力和切削性能等进行研究。结果表明,基于原子层沉积技术低温制备的纳米多层涂层刀具的涂层-基体结合强度高;涂层层数、涂层沉积顺序及涂层层厚比对纳米多层涂层刀具的切削力有不同程度的影响;纳米多层涂层刀具更适合高速切削,当切削速度大于2.33m/s时,纳米多层涂层刀具的切削力和摩擦因数呈下降趋势,表现出良好的切削性能,其中双层纳米涂层刀具的切削性能更好;在高速切削时,纳米多层涂层刀具表面摩擦因数比普通未涂层硬质合金刀具低,纳米Al₂O₃/TiO₂多层涂层能够有效改善刀具的黏结磨损,减少刀-屑粘黏现象和烫伤现象,能够改善刀具表面的耐磨损性能。     

聚变堆结构材料表面阻氚涂层的制备与展望

核聚变能作为一种清洁可持续能源,对人类社会发展面临的能源问题有着重要研究意义。聚变堆燃料主要为氘和氚,虽然氘在地球上储量丰富,但氚却需要通过聚变堆附属的氚工厂来自给自足。因此,如何防止燃料尤其是氚的泄漏损失,并防止结构材料损伤成为聚变堆正常运行的关键。在聚变堆系统中存在着大量结构钢材料,如316L和RAFM钢,在其结构材料表面应用阻氚涂层可以有效地阻止氚渗透损失并保护材料。主要综述了国内外阻氚涂层的种类以及制备方法,并对阻氚涂层的发展进行了展望。     

CeO2对Al2O3基陶瓷涂层耐蚀性的影响

通过优化Al2O3基陶瓷涂层配方和工艺,并加入适量的稀土氧化物CeO2,对陶瓷涂层的界面形貌、组织结构、结合力和耐蚀性进行了研究。结果表明,添加适量的稀土氧化物CeO2,使Al2O3基陶瓷涂层致密性、结合力和耐蚀性得到提高。     

过渡材料对等离子喷涂Al2O3梯度陶瓷涂层性能影响

针对Al2O3陶瓷涂层结合强度低、孔隙率高的实际,选择NiAl金属间化合物和金属铜粉作为过渡材料,利用等离子喷涂制备Al2O3梯度陶瓷涂层,并对梯度涂层进行组织形貌观察,测试结合强度和孔隙率.结果表明,梯度涂层的组织表现出宏观的不均匀性和微观连续性的分布特征,NiAl和Cu是金属基体与Al2O3涂层之间过渡层的理想材料,可以有效地提高涂层的结合强度,而Cu-Al2O3梯度涂层又比NiAl-Al2O3梯度涂层结合强度高;梯度涂层的孔隙率远低于双涂层的孔隙率,在Cu-Al2O3梯度涂层中随Al2O3含量的增加,涂层的孔隙率降低,而且孔隙率低于NiAl-Al2O3梯度涂层.     

Al2O3/Au Composite Coating on Stainless Steel Prepared by Electro-deposition

Tritium permeation barriers on stainless steels are required in fusion technology in order to reduce the tritium permeation rate through the structural material into the cooling water system.Preparation of tritium permeation barrier Al2O3 is an important way to solve the problem of leakage of tritium permeation.It is worth to note that the noble Au is an excellent barrier of hydrogen dissolution.Al2O3/Au composite coating was designed for potential tritium permeation barrier on stainless steel.The alternation coatings have been prepared by electrochemical deposition method.The processing parameters and subsequent sinter temperature for composite coatings were optimized.The oxidation resistance of the coating has been tested.A hydrogen diffusion test simulating tritium permeation has been conducted to compare the sample with and without coating.Microstructure was examined by scanning electron microcopy(SEM).The results showed Al2O3/Au multi-alternation coatings can be prepared on the surface of stainless steel at the case of controlling processing well.The coatings have the characteristic of high temperature oxidation resistance and good hydrogen permeability barrier.The tritium permeation should be study further.     

渗铝-真空预氧化制备FeAl/Al2O3防氚渗透涂层性能

在核级316L不锈钢基体上,采用固体埋层渗铝和真空预氧化工艺制备FeAl/Al2O3防氚渗透自修复涂层,研究了这种渗铝氧化涂层的表面形貌、化学成分、相组成以及涂层表面纳米级氧化膜的厚度的SEM/EDS、XRD、XPS、AES、RBS等测试分析与表征方法.结果表明:该复合涂层由约20μm厚的Fe-Al扩散层以及约200nm厚的表面Al2O3氧化层组成;Fe-Al扩散层的主要相组成为FeAl及少量Fe3Al、NiAl、α-Fe相,微观观察表明由外渗铝层、过渡层、内扩散层构成.     

Al2O3对等离子喷涂热障涂层高温氧化及热震性能的影响

采用等离子喷涂 (PS)在GH5 36高温合金基材上制备了典型的双层热障涂层 (TBCs)和两种分别加入了Al2 O3 陶瓷成分的复合热障涂层。典型的TBCs采用Ni2 2Cr10AlY连接层与 8%Y2 O3 稳定的 (8YPSZ)顶层的双层结构 ;多层涂层分别采用Al2 O3 与Ni2 2Cr10AlY复合的连接层和Al2 O3 与 8YPSZ复合的顶层。3种类型试样的10 0h ,10 0 0℃静态氧化及 10 5 0℃热震试验的结果分析表明 :8YPSZ Al2 O3 的复合氧障层具有最佳的氧化阻力 ;Ni2 2Cr10AlY 8YPSZ双层涂层的热震阻力最佳 ,氧化阻力最差 ;连接层采用Ni2 2Cr10AlY Al2 O3 复合涂层具有热震和静态氧化条件下综合优良的高温热循环性能     

复合钙钛矿型Ba(Zn1/3Ta2/3)O3陶瓷作为热障涂层陶瓷层材料的性能评价

以BaCO₃、ZnO、Ta₂O₅为原料,采用固相反应法制备了Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃(BZT)陶瓷材料。对BZT的物相结构、高温相稳定性、热导率、热膨胀系数和喷涂工艺适应性进行表征研究,并与同类Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃(BMT)、Ba(Ni_1/3Ta_2/3)O₃(BNT)和Ba(Sr_1/3Ta_2/3)O₃(BST)对比,以评价BZT作为热障涂层陶瓷层材料的应用潜力。结果表明,BZT在室温至1500℃内无相变,且经1600℃长时处理48 h后不分解,表现出良好的高温相稳定性;在1200℃,BZT的热导率仅为1.65 W·m^-1·K^-1,明显低于BMT(2.57 W·m^-1·K     

植物法制备Au/Fe3O4催化剂及其在肉桂醛选择加氢中的应用

负载型纳米Au催化剂在许多还原反应中表现出良好的催化活性和选择性,是一类很有发展前景的选择性加氢催化剂。以侧柏叶提取液为还原Au(III)溶液的生物质,采用原位还原法制备了Au/Fe3O4催化剂,利用TEM、XRD、XPS等方法对催化剂进行了表征,以肉桂醛选择性加氢为模型反应,考察了催化剂的催化性能,并对肉桂醛选择性加氢的工艺条件进行优化,得到最佳制备条件为:Au负载量为1.0%,焙烧温度为200℃。最佳反应工艺条件为:反应温度60℃,反应压力5.0 MPa,催化剂用量为0.30 g,乙醇为溶剂。在此条件下反应3 h,肉桂醛的转化率为86.4%,肉桂醇的选择性为69.3%。     

Al2 O3与ZrO2复合粉涂层的组织形貌分析

利用大气等离子喷涂技术（ASP）在20号锅炉钢（20G）基体上制备Al2O3和ZrO2复合粉热障涂层（TBC）。通过X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）等观察分析了复合粉涂层表面形貌，分析了表面微裂纹和孔隙的形成过程。结果表明，涂层表面主要由α-Al2O3和t-ZrO2高温稳定相组成。复合粉涂层面层组织致密，Al2O3和ZrO2颗粒互熔在一起，从而提高了涂层的结合强度和致密度。     

Al2O3/Al纳米复合材料的强化机制

将含氢等离子蒸发法制备的Al2O3/Al纳米复合粉体冷压成直径为25mm，厚度为2mm的块材，并通过620℃，40min热烧结和变形量为55％的冷轧形变处理使样品的相对密度达到99％。对官致密Al2O3/Al纳米复合材料的拉伸实验表明：其屈服强度σ0.2和断裂强度σb分别为粗晶Al的12－16倍和5－6倍，延伸率δ比同质冷轧粗晶Al约高28％。表征了Al2O3/Al纳米复合材料的结构和热稳定性，研究了晶粒细化的强化效应、非晶Al2O3弥散增强和冷变形加工硬化等对材料强度的影响。探讨了Al2O3/Al纳米复合材料的强化机制。