[发明专利]一种在钨表面涂覆TiO2胶体制备复合阻氚涂层的方法

说明书

本发明公开了一种在钨表面涂覆TiO₂胶体制备复合阻氚涂层的方法，先对钨表面预处理形成多孔结构，阳极氧化后的钨表面生成了大小约为100nm厚度为200～300nm的多孔氧化钨孔洞，多孔结构的存在有益于后续TiO₂胶体的进入，形成了WO₃与TiO₂相互交融的复合氧化物层，具有优良的阻氚性能。在严苛的反应堆条件下，可以减少结构材料因氚渗透带来的危害。

技术领域

本发明涉及一种钨基复合阻氚涂层的制备方法，具体地说是一种在钨表面涂覆TiO₂胶体制备复合阻氚涂层的方法。

背景技术

随着人类社会的发展，能源的消耗日益增加，对各种新能源技术的研究投入越来越大，轻原子聚变产生的聚变能可能成为有效的解决人类面对的能源问题。托卡马克装置(Tokamak)是迄今为止最有接近成功的可控热核聚变的装置。但在聚变装置中特别是直面等离子体的第一壁材料(PFM)承受着由聚变反应带来的H和He离子通量和高能量的中子辐照影响，同时聚变反应会大量的热能、高能粒子和电磁辐射，都会对材料造成严重的表面损伤，热学和力学性能下降，从而缩短材料的服役寿命。因此对材料的性能有着很高的要求，钨具有高熔点(3410℃)、低物理溅射率、低氚滞留、低肿胀等特点，被认为是最有潜力作为第一壁的候选材料。

但实际反应堆环境下，钨基材料想要满足环境要求还面临着许多问题，氢的同位素氘和氚作为聚变的主要燃料，很容易穿过PFM钨基材料从而渗透到金属结构材料中，造成材料的脆化、辐射污染和燃料损失等危害。因此对钨基材料的阻氚性能也提出了要求，我们考虑在钨表面形成复合的氧化物涂层来减少氢及氢的同位素的渗透，从而减少对结构材料损伤。TiO₂是一种已知的具有优良的阻氚性能的氧化物，将制成的纳米TiO₂胶体涂覆在多孔氧化钨表面得到的复合氧化物阻氚涂层可以大幅提高材料的阻氚性能，从而减少氢及其同位素的渗透对结构材料造成的损伤。

发明内容

本发明旨在提供一种在钨表面涂覆TiO₂胶体制备复合阻氚涂层的方法。本发明在经过阳极氧化的多孔氧化钨表面涂覆纳米TiO₂胶体，发现纳米TiO₂胶体进入了多孔氧化钨孔洞中，从而在钨表面得到具有优良阻氚性能的复合氧化物涂层。

本发明在钨表面涂覆TiO₂胶体制备复合阻氚涂层的方法，包括如下步骤：

步骤1：阳极氧化

将钨箔(纯度99.9％，厚度1mm)在质量浓度0.1％～0.2％的NaF(或NH₄F、HF)溶液中，以50V-70V恒压阳极氧化30～50min；

步骤2：涂覆胶体

将TiO₂胶体均匀的涂覆在阳极氧化后的钨箔表面，并置于120℃的烘箱中静置1个小时，即可在钨表面得到复合氧化物阻氚涂层。

本发明的有益效果体现在：

氧化物具有优良的阻氚性能，将TiO₂胶体涂覆在多孔氧化钨表面形成的复合氧化物阻氚涂层可以提高钨基材料的阻氚性能。本发明先对钨表面预处理形成多孔结构，阳极氧化后的钨表面生成了大小约为100nm厚度为200～300nm的多孔氧化钨孔洞，多孔结构的存在有益于后续TiO₂胶体的进入，形成了WO₃与TiO₂相互交融的复合氧化物层，具有优良的阻氚性能。在严苛的反应堆条件下，可以减少结构材料因氚渗透带来的危害。

附图说明

图1是阳极氧化后钨的形貌图，其中(a)为表面形貌图，(b)为截面形貌图，可看出阳极氧化后的钨表面生成了大小约为100nm厚度为200～300nm的多孔孔洞。