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Fe/Al双金属复合管件的制备及其内表面陶瓷化研究

孙显俊  
【摘要】: 为提高核聚变工程中管件的防氚渗透性能,在低渗透率结构材料表面建立陶瓷防氚渗透层成为国际上公认的阻氚解决方案。本文采用有限元模拟和试验相结合的方法,研究了Fe/Al双金属复合管件的成形工艺,并通过对铝层的陶瓷化处理,制备出了带有Al_2O_3阻氚壁垒层的铁基复合管件。 首先使用爆炸焊接工艺制备了界面冶金结合的Fe/Al双金属复合管,利用压剪、径向压扁及轴向压缩试验对复合管的结合性能进行了测试,复合管界面剪切强度超过纯铝,并能经受一定的塑性变形而不会开裂;通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)表征了复合管的界面形貌和元素分布。复合管从起爆端开始依次为直接结合、波状结合以及熔化层连续结合,中部波状结合过渡层厚度约为2.5μm。 利用有限元软件MSC.Marc分别对复合管三通的液压胀形和弯头推弯成形进行了模拟,研究了制备工艺参数对复合管件制备的影响。在有限元模拟的基础上进行了复合管件的制备,成功制备了Fe/Al双金属复合三通和弯头管件;其中复合管三通加工硬化严重,界面结合良好,纯铝层与纯铁层没有出现明显开裂现象;而复合管弯头加工硬化程度较低,但在外弧区域产生了少量裂纹,弱化了界面。 采用等离子氧化工艺对复合管件的纯铝层进行了陶瓷化,获得了Al_2O_3层。利用SEM及X射线衍射仪(XRD)对Al_2O_3层的形貌和相组成进行了表征,并对其进行了划痕、耐磨损、耐腐蚀以及热震试验。结果表明,Al_2O_3涂层连续致密,厚度接近1μm,结合性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能良好且及抗热震性能较好。


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