Fe-Al雙金屬復(fù)合管件的制備及其內(nèi)表面陶瓷化研究.pdf

1、為提高核聚變工程中管件的防氚滲透性能,在低滲透率結(jié)構(gòu)材料表面建立陶瓷防氚滲透層成為國(guó)際上公認(rèn)的阻氚解決方案。本文采用有限元模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究了Fe/Al雙金屬復(fù)合管件的成形工藝,并通過對(duì)鋁層的陶瓷化處理,制備出了帶有Al2O3阻氚壁壘層的鐵基復(fù)合管件。
　　 首先使用爆炸焊接工藝制備了界面冶金結(jié)合的Fe/Al雙金屬復(fù)合管,利用壓剪、徑向壓扁及軸向壓縮試驗(yàn)對(duì)復(fù)合管的結(jié)合性能進(jìn)行了測(cè)試,復(fù)合管界面剪切強(qiáng)度超過純鋁,并能經(jīng)受

2、一定的塑性變形而不會(huì)開裂；通過掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜(EDS)表征了復(fù)合管的界面形貌和元素分布。復(fù)合管從起爆端開始依次為直接結(jié)合、波狀結(jié)合以及熔化層連續(xù)結(jié)合,中部波狀結(jié)合過渡層厚度約為2.5μm。
　　 利用有限元軟件MSC.Marc分別對(duì)復(fù)合管三通的液壓脹形和彎頭推彎成形進(jìn)行了模擬,研究了制備工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合管件制備的影響。在有限元模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行了復(fù)合管件的制備,成功制備了Fe/Al雙金屬復(fù)合三通和彎頭管件；其中復(fù)合管

3、三通加工硬化嚴(yán)重,界面結(jié)合良好,純鋁層與純鐵層沒有出現(xiàn)明顯開裂現(xiàn)象;而復(fù)合管彎頭加工硬化程度較低,但在外弧區(qū)域產(chǎn)生了少量裂紋,弱化了界面。
　　 采用等離子氧化工藝對(duì)復(fù)合管件的純鋁層進(jìn)行了陶瓷化,獲得了Al2O3層。利用SEM及X射線衍射儀(XRD)對(duì)Al2O3層的形貌和相組成進(jìn)行了表征,并對(duì)其進(jìn)行了劃痕、耐磨損、耐腐蝕以及熱震試驗(yàn)。結(jié)果表明,Al2O3涂層連續(xù)致密,厚度接近1μm,結(jié)合性能、耐磨損性能、耐腐蝕性能良好且及抗熱震