【摘 要】
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核聚变能源资源丰富且安全,是一种可持续发展能源。然而聚变反应堆中使用的结构材料,如316L和F82H,具有较高的氢同位素渗透率,这不仅造成能源浪费,还会使结构材料产生氢脆。解决这一问题的常用方法是在结构材料表面制备阻氢涂层。本文采用料浆法在316L不锈钢表面制备了陶瓷阻氢涂层。重点研究了SiO2/α-Al2O3陶瓷涂层的最佳制备工艺参数,探究了α-Al2O3粉末粒度对SiO2/α-Al2O3涂层组
【基金项目】
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国家重点研发计划（编号:2019YFE0300304）； 高等学校学科创新项目“清洁能源新材料与技术”（编号:B18018）；
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核聚变能源资源丰富且安全,是一种可持续发展能源。然而聚变反应堆中使用的结构材料,如316L和F82H,具有较高的氢同位素渗透率,这不仅造成能源浪费,还会使结构材料产生氢脆。解决这一问题的常用方法是在结构材料表面制备阻氢涂层。本文采用料浆法在316L不锈钢表面制备了陶瓷阻氢涂层。重点研究了SiO2/α-Al2O3陶瓷涂层的最佳制备工艺参数,探究了α-Al2O3粉末粒度对SiO2/α-Al2O3涂层组织与性能的影响,并在SiO2/α-Al2O3涂层的基础上掺杂纳米Y2O3,研究了SiO2/α-Al2O3/10%Y2O3复合涂层的性能。主要研究结果如下:（1）采用旋涂法制备的涂层均匀致密,涂层厚度易于控制,且室温固化后未产生裂纹。SiO2/α-Al2O3涂层的最优制备工艺参数如下:料浆比为3:5、PEG添加量为1 m L、旋涂次数为3次、升温速率为2℃/min、烧结温度为600℃、保温时间为60 min,降温速率为5℃/min。（2）SiO2/α-Al2O3涂层由非晶态SiO2和晶态α-Al2O3组成,厚度约15-20μm。由混合粒度α-Al2O3粉末制备的涂层（样品3）表面最致密,结合力最高达68 N,抗热震性能最好,其自腐蚀电流密度比基体低39倍。SiO2/α-Al2O3陶瓷涂层明显提高了钢基体的电化学阻氢性能。基体稳态氢渗透电流密度(Imax)与样品3之比约为5.3:1,电流密度差值(Δ,Imax与初始电流密度之差)之比约为8.5:1。（3）SiO2/α-Al2O3/10%Y2O3复合涂层由非晶态SiO2和晶态α-Al2O3、Y2O3组成。与SiO2/α-Al2O3涂层相比,SiO2/α-Al2O3/10%Y2O3复合涂层的结合力（72 N）、抗热震性能及耐电化学腐蚀性能均有提升。电化学氢渗透性测试结果表明,SiO2/α-Al2O3涂层的Imax与SiO2/α-Al2O3/10%Y2O3复合涂层之比约为9.2:1,Δ之比约为5.3:1。掺杂纳米Y2O3后复合涂层的阻氢性能有明显提升。
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