文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
RAFM钢与316L钢等离子喷涂Al2O3电绝缘涂层的研究
姓名:陈冀彦
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:胡树兵
2011-01-14
华中科技大学硕士学位论文
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。
关键词:MHD 压降;RAFM 钢和 316L 钢;大气等离子喷涂(APS);Al2O3 电绝缘
涂层
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
In the liquid LiPb self-cooling and ic confinement fusion reaction system,
MHD pressure drop will be induced when liquid LiPb flows across high ic fields.
This will increase power loss, reduce the operation efficiency of reactor, and increase the
stress inside packet structural materials. The most effective method to reduce MHD
pressure drop is to form an insulating coating on the structural wall.
In this paper, Al2O3 insulating coating were prepared on 316L steel and a new kind of
RAFM steel using APS method, spraying NiCrAl as bonding layer.
The results show that Al2O3 coating on both steel consist of α-Al2O3 and γ-Al2O3, and
tissue of the coating is very dense, with coating on RAFM steel being more dense.
Al2O3 coating on both steel present good thermal shock resistance and adhesion
strength, and coating on RAFM steel shows better adhesion, for the reason that the
thermal expansion coefficient of RAFM steel is much lower than 316L steel, and it
matches better with Al2O3 ceramic.
The room temperature resistivity of Al2O3 coating on both steel satisfies t