氦離子輻照對Al2O3-TiO2復(fù)合陶瓷涂層性能的影響.pdf

1、核能是解決當(dāng)前能源危機(jī)的主要途徑之一，具有清潔、反應(yīng)可控以及燃料儲量豐富等優(yōu)勢，但同時也面臨核廢料處理的難題。加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)(ADS)是目前國際上公認(rèn)的核廢料處理的最佳手段，但是ADS系統(tǒng)內(nèi)部極端惡劣的環(huán)境(高溫、高溫度梯度、強(qiáng)輻照、液態(tài)金屬腐蝕等)會導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)以及機(jī)械性能發(fā)生惡劣的變化，嚴(yán)重地影響著反應(yīng)堆在運行過程中的安全性與服役壽命。因此，研究和選擇具有良好的熱機(jī)械穩(wěn)定性、低的中子活化特性、優(yōu)良的熱力學(xué)性能，特別是抗輻照性

2、能的材料作為ADS系統(tǒng)候選結(jié)構(gòu)材料具有重要的工程實際意義。
　　本論文首先以鉻鐵粉、鋁鐵粉和鈦粉為原料，采用氧乙炔火焰噴涂-激光原位反應(yīng)復(fù)合工藝在中國低活化馬氏體(CLAM)鋼表面制備了Al2O3-TiO2復(fù)合陶瓷涂層。涂層表面整體平整、光滑、組織致密，基本沒有凹坑、裂紋和孔隙等缺陷，同時與基體形成了良好的冶金結(jié)合；涂層具有較高的硬度，平均顯微硬度值達(dá)0.21864.19HV。
　　利用能量為200keV氦離子對制備的Al2

3、O3-TiO2復(fù)合陶瓷涂層開展了輻照損傷行為研究。通過SRIM2013程序模擬計算得到氦離子在Al2O3-TiO2復(fù)合陶瓷涂層中的射程為1.55μm。采用透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、納米壓痕儀(Nano- indentation)、摩擦磨損試驗設(shè)備、基體拉伸試驗等多種手段綜合評價了氦離子對Al2O3-TiO2復(fù)合陶瓷涂層的輻照效應(yīng)。
　　當(dāng)注入劑量為5×1017ions/cm2時，高分辨 TEM照片觀察到了A

4、l2O3-TiO2復(fù)合陶瓷涂層內(nèi)部存在完全結(jié)晶區(qū)、不完全結(jié)晶區(qū)以及非晶區(qū)，且界面明顯，涂層內(nèi)的晶體缺陷有向界面處遷移、匯聚的趨勢。通過XRD分析表明：氦離子輻照后，Al2O3-TiO2復(fù)合陶瓷涂層材料表面的成分和相組成沒有發(fā)生明顯的改變；Al2O3-TiO2復(fù)合陶瓷涂層的表面力學(xué)性能與輻照前有所不同，納米壓痕實驗表明：隨著氦離子輻照注量的增加，其表面硬度呈逐漸降低的趨勢；在相同的載荷條件下，改變氦離子的輻照劑量，磨損量明顯增加，但其磨損