316L不锈钢表面Cr,2O,3涂层的制备及其性能研究

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1、南京航空航天大学硕士毕业论文摘要聚变反应中的防氚渗透问题是堆用材料学领域的关键问题之一。316L不锈钢塑性好、强度高、氚渗透率低，是聚变堆包层很有希望的候选结构材料之一，在316L不锈钢表面制备氧化物涂层对于进一步提高其阻氚渗透有重要的应用价值。本文提出了采用双层辉光离子渗金属技术在316L不锈钢表面制备氧化铬涂层。首先以高纯铬靶作为源极，采用双层辉光离子渗金属技术在316L不锈钢表面制备了渗铬涂层。通过分析双层辉光离子渗金属技术中各工艺参数对涂层制备的影响，确定了渗铬工艺参数为：源极电压900V，工件极电压350V，气压35Pa，极间距10mm，占空比0.82；采用扫描电子显微

2、镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对涂层进行组织结构分析，结果发现渗铬时间为1h时，涂层表面主要形成的是铬在铁中的固溶体和少量的纯铬沉积层；随着渗铬时间的增加，基体中的碳元素出现了向外迁移的现象，涂层表面出现了铬的沉积层，室温下涂层由表及里的组织分别为铬的沉积层+铬在铁中的固溶体层+铬碳化物层。在渗铬层表面进一步采用双层辉光离子渗氧法制备了氧化铬涂层。渗氧工艺参数为：源极电压650V，工件极电压350V，气压35Pa，极间距为10mm，占空比0.82。重点研究了氧流量对涂层组织结构的影响，结果表明，氧流量较低时，涂层表面主要是纯铬相和

3、极薄的Cr2O3层，且表面疏松；随氧流量的增加，涂层表面出现明显的氧化铬层，并且出现了择优生长的现象。此外，双层辉光离子渗氧后涂层的耐磨性和耐蚀性都比基体有明显的提高，且具有良好的抗热震性能。其中，氧流量为10sccm时涂层具有最佳的综合性能。关键词：扩散渗铬；双层辉光离子渗氧；氧化铬涂层；耐磨性；耐蚀性；抗热震性I316L不锈钢表面Cr2O3涂层的制备及其性能研究ABSTRACTTopreventthepermeationoftritiumthroughthestructuresofafusionreactorisakeyissuetofusionmaterials.Havin

4、ganexcellentdeformativeability,highstrengthandlowtritiumpermeability,316Lstainlesssteelisoneofthemostpromisingmaterials.Toprepareoxidecoatingsonthesurfaceof316Lstainlesssteelisanimportantapproachtoimprovetheresistanceoftritiumpermeationinfusionreactor.Inthisdissertation,itwasproposedtoprepare

5、chromiumoxidecoatingson316Lstainlesssteelbymeansofdoubleglowplasmatechnique.Thechromizedlayerwasformedonthesubstratewithpurechromiumtargetfirtly.Aftertheanalysisontheeffectsoftheparametersonthecoatingqualities,theparametersforchromizingwereobtainedasfollows:sourcepolarvoltage900V,workpiecepol

6、arvoltage350V,thedistancebetweenthetwopolar10mm,workingpressure35Pa,dutyratioofimpulsingpowersource0.82.Themicrostructureandcompositonofthecoatingswerecharacterizedrespectivelywiththeaidofscanningelectronmicrocope(SEM),energydispersionX-rayspectrum(EDS),X-raydiffraction(XRD)andtransmissionele

7、ctronmicroscope(TEM).TheresultsindicatedthatthechromizedlayerconsistedofsolidsolutionlayerofCrinFeandasmallamountofCrdepositionlayerafteronehourtreatment.Withtheincreaseofchromizingtime,carbonelementinthematrixdiffusedfromthesubstratetochromi