【摘 要】
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发展新型清洁能源是解决我国能源短缺和生态环境问题的根本途径,核聚变能发展,被大众普遍认为是解决能源问题的一项重要课题,同时其应用也符合绿色能源的设想。目前国内外所研究的第一壁材料（PFM）中,钨由于具有高熔点、低溅射率、导热性能高等特点,符合第一壁材料的必要特性,但对于PFM来说,高温抗氧化性是需要未来考虑的重要安全因素。自钝化钨合金（SPTA）及其表面涂层技术通过添加一些有益于抗氧化元素（Cr、
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发展新型清洁能源是解决我国能源短缺和生态环境问题的根本途径,核聚变能发展,被大众普遍认为是解决能源问题的一项重要课题,同时其应用也符合绿色能源的设想。目前国内外所研究的第一壁材料（PFM）中,钨由于具有高熔点、低溅射率、导热性能高等特点,符合第一壁材料的必要特性,但对于PFM来说,高温抗氧化性是需要未来考虑的重要安全因素。自钝化钨合金（SPTA）及其表面涂层技术通过添加一些有益于抗氧化元素（Cr、Ti、Zr、Nb、Y等）,意外事故发生后,能够形成致密的保护性氧化皮,避免或减缓W氧化,本论文应用双辉等离子体表面合金化技术（双辉技术）,在纯钨表面制备W-Cr-Y自钝化合金层,是解决未来核聚变装置可能面临风险的主要途径。本论文应用双辉等离子体表面合金化技术（双辉技术）,以粉末冶金技术制备的W-Cr-Y合金靶材作为源极,在纯钨表面制备W-Cr-Y自钝化合金层。实验通过改变工件温度和源极与阴极电压差制备了不同的W-Cr-Y合金层,借助扫描电镜（SEM）及其附带能谱仪（EDS）、X射线衍射技术（XRD）等对W-Cr-Y合金层的组织结构和成分进行了分析。应用显微硬度计对合金层的力学性能进行了表征。对不同的W-Cr-Y合金层和纯钨基材在在模拟未来核聚变发电站失水事故温度1000℃和大气环境中氧化进行了10 h后的抗高温氧化实验,并对其氧化动力学和抗氧化机理进行了分析,得到以下结果:（1）在温度保持1000℃时,通过改变压差得到的不同的复合W-Cr-Y自钝化改性层,发现过高过低的压差都会导致合金层表面出现粗糙现象,且复合层的厚度较低整体质量下降,压差为300 V可得到厚度可达35μm光滑、连续且致密的合金层。在压差保持300 V以不同温度制备的W-Cr-Y自钝化合金层中,发现随着制备温度增高,合金层表面光滑度和致密度均增加,但除1000℃制备温度外,其它温度下制备出的合金层均与基体部分出现不同程度的裂纹;制备温度为1100℃时合金层内部出现孔洞、裂纹。EDS分析表明合金层表面Cr、Y元素含量较少与所设计源极靶材成分不符。XRD衍射分析表明,所有工艺参数制备W-Cr-Y自钝化合金层均为BCC结构,只有W的衍射峰存在,并未检测出Cr和Y所对应的相存在。（2）不同工艺参数制备W-Cr-Y自钝化合金层的表面硬度峰值均为基体硬度的2倍,随着合金层厚度的不同,表面硬度也不同;其中电压差300 V和温度1000℃时制备W-Cr-Y合金层的表面硬度最高,且随载荷增加硬度降低较缓。（3）在1000℃和大气环境中氧化10 h后氧化实验中,电压差200 V温度1000℃和电压差300 V温度800℃制备合金层氧增重曲线斜率与纯W基材接近,氧化后出现了大面积贯穿性裂纹,电压差300 V温度900℃试样氧化后,表面出现少许裂纹,吸氧速率较慢;压差为300 V温度为1000℃制备试样氧化增重最小,达到了最好的抗氧化效果
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