[发明专利]一种聚变堆氚增殖包层用Fe-Al/Al2O3阻氚涂层及其制备方法

摘要

本发明公开了一种聚变堆氚增殖包层用Fe‑Al/Al₂O₃阻氚涂层及其制备方法，本发明的涂层由Fe‑Al扩散层及其表面原位氧化生成的Al₂O₃薄膜组成。本发明的Fe‑Al扩散层中钢基体一侧的纳米晶界可成为Al原子向钢基体内部扩散的通道；扩散退火时，Al原子沿纳米晶界向钢基体内部迅速扩散，这将大大降低涂层和界面处Al元素的含量，抑制高铝化合物（Fe₂Al₅，FeAl₃，FeAl₂等）的形成；涂层中，低铝化合物（FeAl）的形成降低了Fe、Al元素的成分梯度，抑制了柯肯达尔空洞的产生。

主权项

1.一种聚变堆氚增殖包层用Fe‑Al/Al₂O₃阻氚涂层，所述涂层由Fe‑Al扩散层及其表面原位氧化生成的Al₂O₃薄膜组成；其特征在于：Fe‑Al扩散层中，钢基体一侧粗糙度为1.0～2.0μm，钢基体表面形成纳米晶体结构，晶粒尺寸为30～50nm；所述Fe‑Al扩散层的厚度为2～14μm；所述Al₂O₃薄膜的厚度≤1μm；采用超音速微粒喷丸的方法对基体进行喷丸处理，再采用磁控溅射法在基体上镀制纯Al涂层，然后进行扩散退火和原位氧化热处理；具体包括以下步骤：(1)将清洗后的基体材料固定于超音速微粒喷丸设备的喷嘴前对其进行喷丸处理；其中，超音速微粒喷丸设备的载气压力为1.0～3.0MPa，喷嘴行走速度为1～4mm/s，喷丸介质为球形氧化铝粉，喷丸直径为40～80μm；(2)将步骤(1)得到的经表面喷丸处理的基体材料放置于磁控溅射真空室中进行射频磁控溅射镀膜；其中，真空室真空压力≤1.0×10^‑3Pa，溅射功率为70～140W，溅射沉积时间为45～180min，溅射时通入Ar，Ar气压为0.25～0.5Pa；(3)将步骤(2)得到的基体材料置于真空退火炉中进行扩散退火，退火温度400～650℃，退火炉真空压力≤1.0×10^‑3Pa，退火时间2～5小时；退火完成后，调节真空压力≥1.0×10^‑1Pa，温度升至650～900℃，对涂层进行原位氧化，保温1～3小时，随炉冷却、出炉。