[发明专利]一种用于热核聚变堆磁体支撑部件的复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于热核聚变堆磁体支撑部件的复合涂层及其制备方法，属于材料表面处理技术领域。该复合涂层包括用于在热核聚变堆磁体支撑部件的待处理表面依次设置的过渡层和绝缘层，过渡层包括Ni5Al层，绝缘层包括Al₂O₃‑3TiO₂绝缘层。该复合涂层与基体结合良好，抗低温热冲击性能和高负荷下绝缘性能优良，满足国际热核聚变实验堆对磁体支撑部件的技术要求。制备方法包括：于待处理的热核聚变堆磁体支撑部件的待处理表面依次喷涂过渡层和绝缘层，热核聚变堆磁体支撑部件包括垫圈、涂层套及顶部夹头中的至少一种。该方法简单，易操作，有利于制备组织均匀以及性能良好的复合涂层。

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，具体而言，涉及一种用于热核聚变堆磁体支撑部件的复合涂层及其制备方法。

背景技术

国际热核聚变实验堆(ITER)计划是大型的国际大科学合作计划，其已进人实质性建造阶段。在这项合作计划中，ITER磁体支撑任务是中国承担的ITER采购包任务之一。ITER磁体系统所有的净重(约100MN)最终由纵场磁体的重力支撑(gravity supports,GS)承担。除承担净重外，磁体支撑还要在超导线圈冷却时能承受径向收缩31mm时所产生的强热应力、正常放电运行时的强电磁力、非正常运行时(如等离子体破裂，垂直不稳定发生及地震时)的瞬时冲击电磁载荷等复杂工况；因此磁体支撑是ITER重要的结构安全部件之一。

然而在聚变堆运行过程中，这些磁体支撑部件将会产生较大的感应电流，进而产生焦耳热。现有的磁体支撑部件导热性能较差，导致部件迅速达到很高温度，甚至会造成微区熔化使部件咬合，进而造成支撑结构件失效，影响运行安全。

发明内容

本发明的第一目的包括提供一种用于热核聚变堆磁体支撑部件的复合涂层，该复合涂层与基体结合良好，抗低温热冲击性能和高负荷下绝缘性能优良，满足国际热核聚变实验堆对磁体支撑部件的技术要求。

本发明的第二目的包括提供一种上述复合涂层的制备方法，该方法简单，易操作，可控性强，生产效率和成品率高，有利于制备组织均匀以及性能良好的复合涂层。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明提出一种用于热核聚变堆磁体支撑部件的复合涂层，该复合涂层包括用于在热核聚变堆磁体支撑部件的待处理表面依次设置的过渡层和绝缘层。

该过渡层包括含Ni的涂层，绝缘层包括含Al₂O₃和TiO₂的陶瓷绝缘层。

在一些优选地实施方式中，陶瓷绝缘层的成分含有不低于97wt％的Al₂O₃和不超过3wt％的TiO₂。

在一些更优选地实施方式中，陶瓷绝缘层包括Al₂O₃-3TiO₂绝缘层。

在一些优选地实施方式中，过渡层包括Ni5Al层、NiCr层和NiCrAl层中的至少一种。

在一些更优选地实施方式中，过渡层包括Ni5Al层。

在一些实施方式中，Ni5Al层的厚度为50-120μm。

在一些实施方式中，Al₂O₃-3TiO₂绝缘层的厚度为200-300μm。

在一些实施方式中，复合涂层的结合强度不低于30MPa，优选为31.3-33.4MPa。

在一些实施方式中，复合涂层经液氮-室温环境热冲击10次后仍保持完整，其中，液氮-室温环境的温度为77K至300K。