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辉光碳基材料表面复合涂层与性能

收藏本文 2024-03-27 点赞:13777 浏览:58527 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:面向等离子体材料是聚变材料中非常重要的一类材料。近年来,随着受控核聚变技术的进展,钨作为面向等离子体部件重新得到重视。钨非常重且难以加工碳基材料上的钨涂层被世界各国的聚变科学家所广泛采取。本论文利用双层辉光等离子渗金属技术,以纯铼板和纯钨板为源极,高纯氩气为工作气体,对碳基材料表面铼涂层及铼钨复合涂层进行了探讨。探讨发现在石墨和C/C复合材料表面形成了金属改性层,经SEM、EDS、X射线衍射、硬度检测、划痕试验等对涂层的组织、结构、成分、结合力等性能进行了检测和浅析,得出如下结论:1.采取深井式结构时,保温罩的尺寸对涂层组分影响很大,确定了采取Φ100mm×45mm的不锈钢管作为保温罩。2.在极间距=15mm,气压=35Pa,工件温度为1200℃,源极电压=900-950V,工件电压=550~600V下,沉积2h的工艺条件下,在石墨基体上制备得到了纯度为98.29wt.%的铼涂层。铼涂层表面平滑,厚度在13μm左右;铼和石墨基体之间出现了扩散,扩散层厚度在1.5μm左右。相同工艺下在C/C复合材料表面制备了20μm厚的铼涂层。3.随着工件温度的升高,涂层晶粒逐渐粗化,尺寸更为均匀,形状更为规则;铼钨扩散层厚度随工件温度非线性增加,而钨层厚度受温度影响不大。极间距和气压对钨层厚度影响很大,对扩散层厚度有一定影响。扩散层和钨层随沉积时间显著增加。极间距d=20mm,气压P=35Pa,工件温度950℃,源极电压Vs=900-950V,工件电压=550-600V下,沉积9h是制备钨涂层较好的工艺参数。4.探讨了铼钨互扩散热力学与动力学,采取半无限长模型计算了铼钨互扩散系数,扩散系数与温度之间符合Arrhenius方程,计算出铼钨互扩散的激活能Q=156kJ·mol-1和扩散常数Do=4.26x10-7cm2·s-1。关键词:双层辉光等离子渗金属论文碳基材料论文铼涂层论文铼-钨复合涂层论文扩散系数论文

    摘要5-6

    Abstract6-10

    第1章 绪论10-20

    1.1 PFMs的性能要求10

    1.2 PFMs材料10-12

    1.2.1 铍11

    1.2.2 碳基材料11-12

    1.2.3 钨12

    1.3 钨涂层制备工艺12-16

    1.3.1 熔盐电镀12-13

    1.3.2 热喷涂13-15

    1.3.3 化学气相沉积15

    1.3.4 物理气相沉积15-16

    1.4 铼涂层的制备技术16-18

    1.4.1 电化学沉积法17

    1.4.2 电子束物理气相沉积法17

    1.4.3 CVD17-18

    1.5 课题提出及探讨内容18-20

    1.5.1 课题提出及作用18-19

    1.5.2 探讨内容19-20

    第2章 实验策略、设备及测试策略20-28

    2.1 辉光等离子渗金属技术基本概念及原理20-23

    2.1.1 辉光放电20-21

    2.1.2 阴极溅射21

    2.1.3 不等电位空心阴极放电21-22

    2.1.4 双层辉光等离子渗金属原理22-23

    2.1.5 双层辉光等离子渗金属技术特点23

    2.2 试验材料、实验设备及实验步骤23-25

    2.2.1 试验材料23

    2.2.2 实验设备23-24

    2.2.3 制备策略24

    2.2.4 温度测量24-25

    2.3 性能检测25-28

    2.3.1 表面和断面形貌浅析25

    2.3.2 EDS成分浅析25-26

    2.3.3 XRD相组成浅析26

    2.3.4 硬度检测26

    2.3.5 划痕试验26-28

    第3章 双层辉光等离子渗铼及渗钨工艺探讨28-48

    3.1 源极及工件极结构探讨28-30

    3.2 石墨表面渗铼探讨30-32

    3.2.1 铼涂层显微结构30-31

    3.2.2 铼涂层断面浅析31

    3.2.3 铼涂层结合力31-32

    3.3 石墨表面制备铼/钨复合涂层探讨32-44

    3.3.1 工件极电压和源极电压的影响32-33

    3.3.2 温度的影响33-39

    3.3.3 源—阴极间距的影响39-40

    3.3.4 气压的影响40-42

    3.3.5 沉积时间的影响42-44

    3.4 C/C复合材料表面渗铼和渗钨探讨44-48

    3.4.1 C/C复合材料表面渗铼44-46

    3.4.2 铼金属化C/C复合材料表面渗钨46-47

    3.4.3 结合强度47-48

    第4章 碳基材料表面铼钨扩散探讨48-54

    4.1 空位扩散48-50

    4.2 半无限长扩散体模型计算扩散系数50-54

    第5章 结论与展望54-56

    5.1 结论54

    5.2 工作展望54-56

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