[发明专利]一种钒合金表面阻氚渗透电绝缘涂层的制备方法及其制备的产品

说明书

本发明公开了一种钒合金表面阻氚渗透电绝缘涂层的制备方法及其制备的产品，目的在于解决钒合金作为聚变堆包层结构材料时，放射性氚极易通过扩散渗入包层结构材料，或通过结构材料渗入到其它系统或环境中，造成氚的放射性污染，燃料损失，材料氢脆和氦脆致材料塑性降低、甚至发生脆性断裂，以及氢/氚燃爆等，以及在某些情况下，需要钒基合金具备一定绝缘性能的问题。采用本发明，能够在钒基合金表面形成VAl/Al₂O₃涂层，该涂层兼具防氚渗透和电绝缘功能，有效克服现有合金所存在的缺陷。本发明制备的含VAl/Al₂O₃涂层的钒基合金具有较好的防氚渗透，尤其适用于聚变堆产氚包层中钒基合金的大规模应用需求，对于聚变堆的氚自持、经济性、安全性的保证具有重要意义。

技术领域

本发明属于防护材料领域，尤其是聚变堆及国防中钒合金结构材料的表面处理及防护领域，具体为一种钒合金表面阻氚渗透电绝缘涂层的制备方法及其制备的产品。本发明制备的材料涂层兼具阻氚渗及电绝缘性能，尤其适用于聚变堆产大尺寸、复杂结构包层部件的内外表面处理，具有较好的应用前景。

背景技术

钒基合金不仅具有快中子吸收截面小、对液态金属抗蚀性好的优点，而且具有良好的强度和塑性、加工性能及抗辐照脆化/肿胀等特性，其是聚变堆及国防领域中重要的候选结构材料，具有广泛的应用前景。尤其在RAFM钢的铁磁性对氘氚等离子体运行影响不可忽略，以及SiC_f/SiC复合材料的脆性无法接受情况下，钒合金将是唯一兼具非铁磁性和延展性能的聚变堆结构材料，因而受到人们的广泛关注。

然而，不论是将钒基合金作为第一壁，还是包层结构材料，其都会面临氢及其同位素氘、氚的侵袭。由于具有低原子半径和较强的反应活性，放射性氚极易通过扩散渗入包层结构材料，或通过结构材料渗入到其它系统或环境中，造成氚的放射性污染、燃料损失及材料的氢脆和氦脆等，从而导致材料塑性降低，甚至发生脆性断裂。同时，氚与氢一样，具有易燃、易爆的特性。更为严重的是，氢同位素在钒合金中渗透率高于RAFM及SiC_f/SiC等候选结构材料2个数量级以上。因此，考虑到聚变堆的氚自持、经济性、安全性和环境友好性的要求，氚及其同位素通过钒合金的侵入及渗透必须降低或消除。

目前，除了可靠的包容和涉氚系统结构设计外，在结构材料表面涂覆阻氚涂层是减少氚渗透的最有效措施之一。此外，在液态锂铅包层中，涂层还应需具备电绝缘性，以阻碍液态锂铅与结构材料导电，减小磁流体动力学(MHD)效应。

为此，迫切需要一种新的材料或方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对钒合金作为聚变堆包层结构材料时，放射性氚极易通过扩散渗入包层结构材料，或通过结构材料渗入到其它系统或环境中，造成氚的放射性污染，燃料损失，材料氢脆和氦脆致材料塑性降低、甚至发生脆性断裂，以及氢/氚燃爆等，以及在某些情况下，需要钒基合金具备一定绝缘性能的问题，提供一种钒合金表面阻氚渗透电绝缘涂层的制备方法及其制备的产品。采用本发明的方法，能够在钒基合金表面形成VAl/Al₂O₃涂层，该涂层兼具防氚渗透和电绝缘功能，有效克服现有合金所存在的缺陷。本发明制备的含VAl/Al₂O₃涂层的钒基合金具有较好的防氚渗透，尤其适用于聚变堆产氚包层中钒基合金的大规模应用需求，对于聚变堆的氚自持、经济性、安全性和环境友好性的保证具有重要意义。而钒基合金上VAl/Al₂O₃涂层所具有的绝缘性能则能满足液态锂铅包层的应用需求，具有较好的应用效果。同时，本发明生产流程简单，操作方便，能够满足工业化大规模应用的需求，具有较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钒合金表面阻氚渗透电绝缘涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)预处理