[發明專利]一種鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件的制造方法

有效

• 申請號: 201110398324.1
• 申請日: 2011-12-04
• 公開（公告）號: CN102443768A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 華云峰;李爭顯;王彥峰;王寶云;姬壽長;杜繼紅
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30;C23C14/14
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于核聚變反應堆第一壁部件制造技術領域，具體涉及一種鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件的制造方法。

背景技術

受控熱核聚變能的大規模實現將從根本上解決人類社會的能源問題。鎢具有高熔點、低化學物理濺射產額、耐中子輻照和低氚滯留等優異性能，氧化物彌散強化(Oxide?dispersion?strengthening，ODS)鐵素體鋼具有優異的抗輻照腫脹性能。鎢涂層ODS鐵素體鋼是最有希望的受控熱核聚變堆面對等離子體第一壁部件。

然而，要將鎢和ODS鐵素體鋼這兩種性質差異很大的金屬連接起來作為第一壁部件難度很大。

公開號為CN101567225A的發明專利制造鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件的方法是在ODS鐵素體鋼上刻網狀溝槽，然后在其上采用等離子噴涂方法制造鎢涂層。公開號為CN1755840A的發明專利制造鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件的方法是在ODS鐵素體鋼上采用真空等離子噴涂方法制造ODS鐵素體鋼和鎢梯度變化的中間適配層，然后在其上真空等離子噴涂鎢涂層。然而，等離子噴涂方法制造的W涂層晶粒結構為層狀，涂層內聚強度低，且鎢涂層與ODS鐵素體鋼界面結合強度低，熱負荷過程中拉應力與壓應力的循環變化導致分層、熔化，污染等離子體；等離子噴涂方法制造的W涂層的一般孔隙率大于2.0％，其導熱系數低，難以承受較高的熱負荷。

公開號為CN101845578A的發明專利采用焊接方法制造鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件。這種方法使鎢涂層與ODS鐵素體鋼直接連接，界面結合強度低，熱負荷過程中熱應力易導致界面開裂失效。公開號為CN101704160A的發明專利公開了一種鎢與銅及其合金異種金屬連接方法，通過在鎢與銅及其合金之間電鍍一層鎳然后通過焊接來提高界面結合強度。然而，熱負荷過程中鎳與鎢生成金屬間化合物，導致界面消耗和脆化，多次熱負荷后將導致界面開裂失效。

文獻1(J?Boscary，S?Suzuki，K?Nakamura?et?al.Thermal?fatigue?tests?on?CVD-W/Cu?divertor?mock-ups.Fusion?Engineering?and?Design，1998，39-40：537-542.)采用化學氣相沉積(CVD)方法在無氧銅和W-30Cu基體上制造鎢涂層。若采用這種方法制造鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件，將使鎢涂層與ODS鐵素體鋼直接連接，界面結合強度低，熱負荷過程中熱應力易導致界面開裂失效。

文獻2(Y?Itoh，M?Takahashi，H?Takano.Design?of?tungsten/copper?graded?composite?for?high?heat?flux?components.Fusion?Engineering?and?Design，1996，31：279-289)、文獻3(R?Jedamzik，A?Neubrand，J?Rodel.Characterization?of?electrochemically?processed?graded?tungsten/copper?composites.Materials?Science?Forum，1999，308-311：782-787)采用先制造鎢骨架再滲銅的方法制造鎢/銅梯度材料。若采用這種方法制造鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件，不但面臨中滲ODS鐵素體鋼溫度高、工藝復雜、成本高的問題，且難以獲得理想的成分設計梯度，使制造的鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件難以滿足受控熱核聚變堆面對等離子體的高熱負荷要求。

公開號為CN1336249A的發明專利公開了一種具有遞變電阻及高熔點差材料的制造工藝。采用這種方法制造鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件，難以制造大尺寸曲面部件，且制造的材料不致密，難以滿足受控熱核聚變堆面對等離子體部件的大尺寸和高熱負荷要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種工藝簡單、可靠的鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件的制造方法。該方法采用電子束加熱蒸發方法在ODS鐵素體鋼基體上制備ODS鐵素體鋼與鎢成分梯度過渡的界面層和鎢涂層，制造的鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件可廣泛用作聚變堆實驗裝置和未來商用聚變堆第一壁部件。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種鎢涂層ODS鐵素體鋼第一壁部件的制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：