文档介绍：分类号 O4 学校代码 10590
UDC 530 密级 公开
深圳大学硕士学位论文
大气压等离子体喷涂钨涂层
制备与性能优化研究
学位申请人姓名 童桂杰
专业名称 等离子体物理
学院（系、所） 物理与能源学院
指导教师姓名 黄建军 教授
原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文《大气压等离子体喷涂钨涂层制备与性能优化研
究》，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用
的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的
研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本
人承担。
论文作者签名：
日期： 年 月 日
大气压等离子体喷涂钨涂层制备与性能优化研究
摘 要
核聚变反应堆装置可用来约束核聚变反应中的高温的等离子体流，它的可行性
决定聚变核电的可行性。聚变装置的面向等离子体材料（Plasma Facing Materials，
PFMs）将直接面向反应堆中的高温等离子体。金属钨(W)被认为是比较有前景的 PFMs
候选材料之一。制造面向等离子体部件（Plasma Facing Component PFC）时最有
效的方法之一是涂层技术。大气压等离子体喷涂技术（APS）具有操作简单，低成
本、高效率等优点被应用于钨涂层的制造。
本论文将使用大气压等离子体喷涂技术，在金属钼的基底上制备钨涂层。并对
喷涂粒子的速度、温度和流量等参数进行实时监测。论文阐述了 APS 喷涂过程中喷
涂粒子的氧化机理和孔隙形成机制，并以此设定实验方案，使用真空高温退火和氢
气退火的手段，来降低 APS-W 涂层的含氧量和孔隙率，提高涂层质量。实验中对退
火处理后的钨涂层的孔隙、含氧量、硬度等都进行了表征，并重点分析了高温退火
对涂层孔隙率、含氧量的影响，及退火温度对涂层与钼基底交界面扩散层的厚度的
影响。
结果表明，1100℃-2100℃的真空高温退火后，涂层含氧量降低；涂层截面和
表面的再结晶现象明显，柱状晶消失，晶粒粗化；涂层截面 SEM 图显示层与层之间
出现明显的缝隙；涂层的孔隙率上升，中值孔径增大，硬度降低；真空高温退火之
后可迅速提高钨钼扩散层的厚度。800℃的氢气退火可在较短的时间内降低涂层含
氧量，而且基本不改变涂层的孔隙率和硬度。
使用强流脉冲电子束装置模拟 ELM(边缘局域模)，对真空高温退火后的钨涂层
进行了瞬态高能电子束的热负荷测试，结果显示了真空高温退火后的 APS-W 涂层抗
热负荷和抗热冲击能力比较强。
关键词：大气压等离子体喷涂，钨涂层，喷涂粒子飞行状态，真空高温退火，
氢气退火，钨钼扩散层，强流脉冲电子束
I
Fabrication and properties optimization design of atmospheric plasma sprayed tungsten coating
Abstract