本發(fā)明涉及一種利用等離子噴涂技術(shù)制備er2o3（氧化鉺）阻氚滲透涂層的方法，屬材料表面工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟的不斷高速發(fā)展，對能源的需求也不斷增加。核聚變能因其清潔、安全且又極其豐富的優(yōu)勢成為國際上公認的徹底解決世界能源問題的重要途徑之一。氫的同位素氚是可控熱核反應(yīng)堆的主要原料。但由于氚的原子半徑和質(zhì)量都很小，在大多數(shù)金屬材料中具有較強的穿透性，氚的滲透不僅將造成核燃料的損失，而且會導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)生氫脆，從而嚴重影響材料的服役性能及聚變裝置的安全可靠性，甚至會對環(huán)境造成污染。
er2o3熱力學穩(wěn)定性高，阻氚滲透性能好，同時在中子輻照下能保持原有的電絕緣性能，是一種理想的阻氚滲透材料。通過合適的方法在核聚變堆金屬構(gòu)件表面制備er2o3涂層，將涂層優(yōu)異的阻氚滲透性能和金屬良好的力學性能結(jié)合起來，是一種解決氚泄露問題的有效途徑。目前，我國這方面的專利還較少。公開號cn101469399提出了一種利用磁控濺射技術(shù)制備er2o3涂層的方法。公開號cn101724819a提出了一種利用反應(yīng)濺射技術(shù)制備er2o3涂層的方法。這兩種方法都需要昂貴的真空系統(tǒng)，成本較高，不容易在復(fù)雜形狀工件上制備涂層，且工件的大小受限于真空室的大小。公開號cn102618871提出了一種利用化學溶液法制備er2o3涂層的方法。該方法雖成本較低，但凝膠形成的薄膜需在惰性氣氛保護下在600-800℃下燒結(jié)3-5h方可形成eer2o3涂層，存在金屬基體力學性能在高溫燒結(jié)過程中易受影響的缺點。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是，為了克服現(xiàn)有er2o3阻氚滲透涂層制備方法的缺點，提供一種等離子噴涂技術(shù)制備er2o3阻氚滲透涂層的方法。
本發(fā)明提供一種等離子噴涂技術(shù)制備er2o3阻氚滲透涂層的方法，其步驟包括：
（1）將er2o3粉末置于干燥箱內(nèi)在100℃下保溫1小時以上，除去粉末中的水分；
（2）采用酒精、丙酮等有機溶劑清洗待噴涂基體材料，清除基體材料表面的油脂；
（3）通過專用噴砂機，采用20-80目的白剛玉或棕剛玉砂粒、0.2-0.6mpa的噴砂壓力對基體材料表面進行噴砂粗化處理；
（4）將基體固定在工作臺上，采用等離子焰流預(yù)熱基體，控制預(yù)熱溫度不超過150℃，以除去基體表面水分；
（5）采用等離子噴涂技術(shù)制備er2o3涂層，噴涂工藝參數(shù)為：噴涂主氣為氬氣，噴涂輔氣為氦氣或氫氣；氬氣流量：1.5-2.5m3/h，氦氣流量0.8-1.5m3/h，氫氣流量0.3-0.8m3/h；電流700-900a；送粉量：40-80g/min，噴涂距離60-150mm。噴涂過程中采用壓縮空氣冷卻基體，控制基體溫度不超過150℃。控制涂層單次厚度不超過40μm，經(jīng)多次噴涂制備所需厚度涂層。
上述制備方法中：
所述的步驟（1）中的er2o3粉末粒度為10-90μm，其制備工藝為團聚+燒結(jié)。
所述的步驟（2）中的基體材料包括但不限于低活化馬氏體鋼、氧化物彌散強化型合金、釩合金等。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明采用等離子噴涂技術(shù)制備er2o3阻氚滲透涂層。與濺射技術(shù)相比，本發(fā)明采不需昂貴的真空系統(tǒng)，且工件大小不受限制，可在大型復(fù)雜形狀工件表面制備er2o3涂層。與化學溶液法，本發(fā)明技術(shù)在制備er2o3涂層過程中，基體材料溫度不超過150℃，其力學性能不受影響。此外，本發(fā)明制備的er2o3涂層厚度可控，最厚可達數(shù)毫米，涂層沉積速率快，表面平整、致密，與基體的結(jié)合強度大于30mpa，不易脫落。
具體實施方式
下面結(jié)合實例說明本發(fā)明的具體實施方式，但并不將本發(fā)明局限于這些具體實施方式。
實施例1
本實施例采用等離子噴涂技術(shù)制備er2o3阻氚滲透涂層，其步驟包括：
（1）將粒度為10-45μm，采用團聚燒結(jié)工藝制備的er2o3粉末置于干燥箱內(nèi)在100℃下保溫1小時以上，除去粉末中的水分；
（2）選用核聚變堆候選材料之一的低活化馬氏體鋼為基體材料，基體尺寸為500×500mm；
（3）采用酒精、丙酮等有機溶劑清洗待噴涂基體材料，清除基體材料表面的油脂；
（4）通過專用噴砂機，采用20-40目的白剛玉砂粒、0.6mpa的噴砂壓力對基體材料表面進行噴砂粗化處理，增加基體材料表面粗糙度；
（5）將基體固定在工作臺上，采用等離子焰流預(yù)熱基體，控制預(yù)熱溫度不高于150℃，以除去基體表面水分；
（6）采用等離子噴涂技術(shù)沉積er2o3涂層，噴涂工藝參數(shù)為：噴涂主氣為氬氣，噴涂輔氣為氦氣，氬氣流量：1.8m3/h，氦氣流量1m3/h，電流800a，送粉量：60g/min，噴涂距離90mm，噴涂過程中采用壓縮空氣冷卻基體，控制基體溫度不超過150℃。控制涂層單次厚度為30μm，經(jīng)多次噴涂所制備涂層厚度為300μm，涂層沉積速率為18μm/min。
實施例2
采用等離子噴涂技術(shù)制備er2o3阻氚滲透涂層，其步驟包括：
（1）將粒度為16-90μm，采用團聚燒結(jié)工藝制備的er2o3粉末置于干燥箱內(nèi)在100℃下保溫1小時以上，除去粉末中的水分；
（2）選用核聚變堆候選材料之一的釩合金為基體材料，基體尺寸為500×500mm；
（3）采用酒精、丙酮等有機溶劑清洗待噴涂基體材料，清除基體材料表面的油脂；
（4）通過專用噴砂機，采用40-80目的白剛玉砂粒、0.5mpa的噴砂壓力對基體材料表面進行噴砂粗化處理，增加基體材料表面粗糙度；
（5）將基體固定在工作臺上，采用等離子焰流預(yù)熱基體，控制預(yù)熱溫度不高于150℃，以除去基體表面水分；
（6）采用等離子噴涂技術(shù)沉積er2o3涂層，噴涂工藝參數(shù)為：噴涂主氣為氬氣，噴涂輔氣為氫氣，氬氣流量：2.1m3/h，氫氣流量0.5m3/h，電流850a，送粉量：50g/min，噴涂距離70mm。噴涂過程中采用壓縮空氣冷卻基體，控制基體溫度不超過150℃。控制涂層單次厚度為40μm，經(jīng)多次噴涂所制備涂層厚度為400μm，涂層沉積速率為24μm/min。