RAFM钢与316L钢等离子喷涂Al2O3电绝缘涂层的研究

论文摘要

在液态金属冷却、磁约束聚变反应堆中,液态金属在高磁场中流动会产生一个相反方向的洛仑兹力而引起MHD压降,它的主要危害是增大功率损耗,降低堆的运行效率,并且加大包层结构材料所受的应力。包层结构材料内壁涂敷电绝缘涂层是降低MHD压降的最有效方法。本文利用大气等离子喷涂法（APS）在316L钢和一种新型低活化铁素体/马氏体（RAFM）钢上制备了Al2O3电绝缘涂层,以NiCrAl作为粘结层。研究结果表明,两种钢上Al2O3涂层相组成均为α相和γ相,且以γ相为主。涂层表面和截面组织较致密,且RAFM钢上涂层整体上更致密。两种钢上涂层抗热震性和结合强度均较好,且RAFM钢上涂层抗热震性和结合强度更好,主要原因是RAFM钢的热膨胀系数比316L钢低得多,与Al2O3陶瓷更匹配。另外,RAFM钢上氧化铝涂层结合强度略高于CLAM钢基体氧化铝涂层。两种钢上涂层常温下电阻率及电阻率与涂层厚度的乘积均满足聚变堆初步设计要求,且RAFM钢上涂层电阻率要稍高于316L钢上涂层。RAFM钢喷涂涂层后其抗高温氧化性能得到大大的提高,氧化速率常数Kp下降一个数量级。氧化后,涂层相结构未发生大的改变,表面没有出现宏观裂纹或脱落现象。氧化过程中发生了元素扩散,外界环境中的O不断地向粘结层扩散,粘结层中大部分Ni元素和少量Cr元素扩散进入Al2O3层;另外,粘结层各元素发生了选择性的氧化,Al、Cr氧化,而Ni大部分未氧化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 磁流体动力学压降（MHD）及对电绝缘涂层的要求
• 1.3 表面涂层制备技术
• 1.4 等离子喷涂技术
• 1.5 电绝缘涂层研究进展
• 1.6 本文主要研究内容、目的意义
• 1.7 研究路线
• 第二章 实验材料、设备及工艺
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.3 喷涂设备及工艺
• 2.4 涂层显微组织结构分析
• 2.5 涂层性能测试
• 2.6 本章小结
• 2O₃涂层相结构、组织形貌'>第三章 Al₂O₃涂层相结构、组织形貌
• 3.1 引言
• 3.2 涂层相结构
• 3.3 涂层组织形貌
• 3.4 涂层孔隙率
• 3.5 涂层硬度
• 3.6 本章小结
• 2O₃涂层与基体结合性能'>第四章 Al₂O₃涂层与基体结合性能
• 4.1 引言
• 4.2 涂层残余应力
• 4.3 基体材料热膨胀系数
• 4.4 涂层抗热震性
• 4.5 涂层结合强度
• 4.6 本章小结
• 2O₃涂层电阻率'>第五章 Al₂O₃涂层电阻率
• 5.1 引言
• 5.2 电阻率
• 5.3 本章小结
• 2O₃涂层抗高温氧化性能'>第六章 Al₂O₃涂层抗高温氧化性能
• 6.1 引言
• 6.2 高温氧化实验
• 6.3 涂层氧化后表面形貌及相结构
• 6.4 涂层氧化后截面形貌及成分分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表的论文目录