[发明专利]Al2

说明书

本发明属于涂层技术领域，公开了一种Al₂O₃阻氚涂层及其制备方法。该Al₂O₃阻氚涂层包括Al涂层、中间过渡层和Al₂O₃涂层；其中Al₂O₃涂层中的α‑Al₂O₃的含量为30％以上。本发明通过采用离子注入技术，先在基体上制备Al涂层，随后将镀铝后的基体进行扩散热处理，形成中间过渡层，然后采用离子注入技术对扩散热处理后的基体进行氧离子注入，所述氧离子注入的温度为375‑550℃，使得在较低温度下即可获得高含量α‑Al₂O₃，制备得到了具有高含量α‑Al₂O₃的Al₂O₃阻氚涂层。

技术领域

本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种Al₂O₃阻氚涂层及其制备方法。

背景技术

氚在核聚变领域应用非常广泛，扮演着重要角色，无论是中国、欧盟、美国等7方实施的国际热核聚变实验堆(ITER)计划，还是中国开展的聚变工程实验堆(CFETR)，都要以氚作为主要反应原料。由于氚在自然界含量极少，只能利用实验装置生产(如ITER中的产氚包层(TBM))；而氚有着很强的渗透性，容易渗透造成损失，可能使得生产的氚根本无法满足核聚变反应的需求；同时氚具有放射性危害，对环境具有极大的危害性。由此可见，如不降低氚的渗透损失，不仅无法实现ITER或者CFETR运行时氚的自身平衡，也不能满足氚的排放限值要求。目前，阻氚渗透涂层已成为核聚变中氚自持与氚安全防护领域的关键科学与技术问题之一。

长期以来国内外学者对阻氚涂层进行了大量深入的研究，在聚变堆用不锈钢表面，研制出多种涂层。其中Al₂O₃涂层尤为受到关注，已被中国、欧盟、美国、印度TBM包层作为优先发展的阻氚涂层之一。目前，国内外在不锈钢表面制备Al₂O₃阻氚涂层制备技术主要有热氧化法、等离子体喷涂、化学气相沉积等等。但是，所制备的涂层PRF测试值一般都低于10⁴，与理论值有较大差距(1μm的Al₂O₃涂层，理论上PRF可达到10⁶以上)，除了少部分涂层存在不致密的原因外，主要是无法在低温条件下制备高含量α-Al₂O₃阻氚涂层。α-Al₂O₃是氧化铝族中的高温相，其结构最致密、活性低且化学性质最稳定，具有抗辐照、抗氚渗透强，更好的自修复功能等优点，所以α-Al₂O₃的含量高低在一定程度上决定了涂层的阻氚性能。

然而，α-Al₂O₃相变温度一般需在1200℃左右，在现有的制备方法中，温度一般需达到1000℃以上，才有可能制备α-Al₂O₃，且含量低。但是目前许多实验设备无法承受这种高温，而且高温将对不锈钢基体的性能造成较大的影响。阻氚涂层服役环境恶劣，除了要有较好的阻氚性能外，对耐磨损、抗热震等性能也有较高的要求。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种Al₂O₃阻氚涂层及其制备方法。本发明利用离子注入技术对基体进行氧离子注入，所述氧离子注入的温度为375-550℃，有效降低了α-Al₂O₃的形成温度(α-Al₂O₃相变温度一般需在1200℃左右)，提高了α-Al₂O₃的含量，使得基体表面形成具有高含量α-Al₂O₃的Al₂O₃阻氚涂层。