面向等离子体材料(Plasma Facing Materials,PFMs)是制造诸如第一壁(First wall)、偏滤器(Divertor)及限制器(Limiter)等面向等离子体部件的材料,被要求具备承受表面高热负荷、较好抗辐照损伤、低中子活化等性能,在热核聚变装置中处于极其重要的地位。其中第一壁材料在面向等离子体部件中所占面积最广,对其制备效率、原位修复便利性及成本效益都有极高要求。钨具有的高熔点、高热导率、低蒸气压、相对低腐蚀率和低氚滞留等优点,一直被认为是最具前景的面向等离子体材料,而块状钨的韧脆转变温度高,加工困难,因此钨材应用在PFMs中较为可行性方法是在热沉结构材料上覆盖涂层,尤其是包层第一壁分布面积广且多为曲面,所需承受的稳态热负荷较小(<1 MW/m~2),可考虑在低活化钢基上制备厚钨涂层应用到第一壁材料中。但由于钨和钢的热膨胀系数相差近四倍,在钢基上制备钨涂层会因温度变化而引起较大热应力,影响涂层与基底的结合强度,导致材料脱落开裂失效,因此,本文考虑在钨涂层与钢基间引入钨钢混合过渡层,制备钨复合涂层提高结合强度,使其在稳态热负荷作用下保持结构更稳定。目前,制备钨涂层最常用的大气等离子体喷涂具有以下优点:易于大面积和非平面形状,较高沉积速率,低成本和方便原位修复等。但同时应用大气等离子体喷涂不利于制备含氧量低,孔隙率低,结合强度等性能要求极高的过渡层。考虑到爆炸喷涂制备涂层具有结合强度大,致密度高,引入氧杂质少等特点,本论文结合大气等离子体喷涂和爆炸喷涂制备钢基钨复合涂层。首先通过模拟计算设计适用于实验制备的钨复合涂层,采用喷雾干燥法设计制备钨钢混合粉末,然后采用爆炸喷涂(D-Gun)设备将制备的钨钢混合粉末喷涂在钢基上形成钨钢混合过渡层,最后采用大气等离子喷涂(APS)设备在混合过渡层上喷涂钨涂层形成钢基钨复合涂层。本文对所制备涂层的微观形貌、致密度、氧含量、硬度及结合强度等性能进行表征分析,结果表明:钢基钨复合涂层的平均结合强度达58.7 Mpa,比钢基APS-W涂层提高约2.5倍;微观形貌观测显示钨复合涂层两交界面均无孔洞分层,结合紧密,过渡层中钨钢分布均匀分布整体致密度接近钢基材;钨钢过渡层孔隙率仅1.9%,孔径大小小于70 nm;XRD和EDS结果表明钨钢过渡层中氧化相对较低。同时,把此制备方法应用在包层第一壁钨钢水冷部件上进行初步热载荷测试,结果表明,在稳态热负荷约1.5 MW/m~2作用下第一壁钨钢材料保持基本稳定。因此,本论文提供的钢基钨复合涂层制备方法,以便于制备出高结合强度的钨钢复合涂层材料,有望应用到未来热核聚变反应堆面向等离子体部件包层第一壁材料的制备中。