[發(fā)明專利]一種耐輻照涂層制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710368145.0
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107130224B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設計）人: 廖斌;歐陽曉平;張旭;張豐收;吳先映;羅軍;龐盼
• 申請（專利權(quán)）人: 北京師范大學
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C23C14/02;C23C14/32;C23C14/14;C23C14/16;C23C14/06
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本發(fā)明公開了一種在核聚變關(guān)鍵部件制備抗輻射涂層的方法，制備方法包括：采用考夫曼源對基材進行表面活化處理，隨后利用金屬真空蒸汽離子源方法(MEVVA)，在基材表面注入一層能提高膜基結(jié)合力的金屬″釘扎層″；然后采用磁過濾陰極真空弧沉積方法(FCVA)沉積合金應力釋放層，緊接著使FCVA以及MEVVA同時工作，并在進氣口通入10?30sccm的氮氣和50?100sccm的乙炔，在基材表面沉積總厚度為1?50微米的多相鑲嵌的合金/氮化物/碳化物碳基涂層。該發(fā)明中磁過濾沉積系統(tǒng)、金屬真空蒸汽離子源系統(tǒng)所用陰極為一定配比的TiMoCuNi靶材。通過實施本發(fā)明，在關(guān)鍵部件上沉積多相涂層具有很好的抗輻射能力，防止在聚變堆中其因氦離子轟擊引起發(fā)泡和脫落帶來嚴重的表面腐蝕，影響服役壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為核能站內(nèi)核電關(guān)鍵部件的表面防輻照涂層制備方法。本發(fā)明涉及的是一種合金/氮化物/碳化物碳基涂層制備方法。具體是基于氣體及金屬離子束技術(shù)通過考夫曼氣體離子源、金屬真空蒸汽離子源以及磁過濾沉積系統(tǒng)制備合金/氮化物/碳化物碳基涂層。

技術(shù)背景

隨著科學技術(shù)的發(fā)展以及人類生活水平的提高對現(xiàn)有電能的需求越來越旺盛，但隨著溫室效應及資源的過度開采核能成為當今解決電力問題的主要手段。核能主要是利用核反應堆中核裂變或者聚變放出的熱能進行發(fā)電，與火力發(fā)電極其相似。核能發(fā)電有很多優(yōu)點：1)不像化石燃料發(fā)電那樣排放大量的污染物到大氣中；2)不會產(chǎn)生和加重地球溫室效應的二氧化碳氣體；3)核能發(fā)電中核燃料的能量密度比起化石燃料高幾百萬倍，而且運輸和存儲很方便；但核能發(fā)電也存在著諸多缺點：1)核能電廠會產(chǎn)生高低階的長壽命放射性廢料，對人類有著潛在的輻照危險；2)核電廠內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如發(fā)生屏蔽材料損耗或失效會對人及生態(tài)造成永久傷害，所以對反應堆內(nèi)屏蔽保護的材料要求十分苛刻。

發(fā)明內(nèi)容

針對核能屏蔽材料損耗或者失效問題，本發(fā)明基于氣體離子源及金屬離子束技術(shù)利用考夫曼離子源、磁過濾沉積(FCVA)以及金屬離子源(MEVVA)系統(tǒng)制備了抗輻照的四元合金/氮化物/碳化物碳基涂層。

本發(fā)明實施例的目的之一是結(jié)合四元合金在磁過濾沉積技術(shù)下形成大量的晶界、相界以及自由表面的涂層，涂層中以上述界面作為點缺陷的有效陷阱，有效吸收并消除因輻照引起的可移動點缺陷，從而抑制間隙和空位的積聚，有效提高基體材料的抗輻照損傷能力。

進一步來講，制備大量晶界、相界以及自由表面的涂層方法包括：利用考夫曼氣體離子源在所述基材表面進行清洗活化，緊接著在基材表面利用金屬真空蒸汽離子源進行合金金屬元素注入形成金屬″釘扎層″；在所述″釘扎層″上進行合金過渡層沉積，形成釋放應力層；在所述釋放應力層上沉積抗輻照的四元合金/氮化物/碳化物碳基涂層。

在一些實施例中，所述基材進行表面活化包括：利用氣體離子源(考夫曼離子源)，向所述基材進行表面濺射清洗，采用的氣體為惰性氣體或者反應氣體；其中，濺射電壓為0.5～2kV，束流強度為100～500mA。

在一些實施例中，所述基材注入形成″釘扎層″包括：利用金屬真空蒸汽離子源(MEVVA)，向所述基材層注入合金，采用的靶材為四元合金靶材，至少有一元素與碳是弱鍵合的，同時有兩元素是非共溶的；其中，合金元素的注入電壓為4～12kY，束流強度為1～10mA，注入劑量為1×10¹⁵～1×10¹⁷/cm²，注入深度為70～120nm。

在一些實施例中，在所述金屬″釘扎層″上進行合金沉積包括：利用所述磁過濾真空弧沉積(FCVA)系統(tǒng)，在所述金屬″釘扎層″上，磁過濾沉積出合金應力釋放層；其中，所述釋放層厚度為10～500nm。