ITER第一壁防護塗層材料

純鎢材料不僅具有一般金屬的共有性質，如導電性、導熱性、可塑性和 金屬光澤等，同時還具有高密度、高熔點、高熱導率，低蒸汽壓、低熱膨脹係數、強的吸收射線能力和濺射閾值、較好的抗腐蝕性等特性，因此對於ITER核聚變設備部件來說，是一種重要的面向等離子體第一壁防護塗層材料。

由於純鎢與銅及銅合金間具有較大的熱膨脹性質差異，且銅合金（鉻鋯銅）強度較銅高，且不易於塑形變形。無論是在CVD（化學氣相沉積）沉積過程中，還是在部件服役過程中，均會產生較大的熱應力，都將導致銅合金/CVD-鎢塗層介面脫開，無法有效連接從而影響部件的使用。

對於純鎢塗層的製備工藝，目前國內外已有諸多研究，如熔鹽電鍍法、等離子噴塗以及化學氣相沉積（CVD）等。熔鹽電鍍法可得到密度較高的純鎢塗層，但由於其製備溫度較高，不適於銅合金表面純鎢塗層的塗覆；等離子體噴塗法所得到的純鎢塗層由於密度較低，且塗覆速率過慢。較難得到滿足應用需求的純鎢塗層。化學氣相沉積（CVD）方法是目前工藝適用性最廣，可直接獲得高純，高緻密組織結構，不受工件形狀限制的純鎢塗層方法之一，其主要過程如下：

（1）選用厚度約為40mm的鉻鋯銅（CuCrZr）合金作為基礎材料，選用厚度1mm的冷等靜壓-燒結工藝製備出的3層鎢銅功能梯度材料（3層的 銅含量分別為60%、30%和10%，分別對應W60Cu、W30Cu和W10Cu）作 為含銅應力緩釋層

（2）將上述3層鎢銅功能梯度材料的含銅60%的那一面與鉻鋯銅合金 基礎材料在溫度450℃～950℃；壓力為5～90MPa，真空度不小於10-1Pa條件 下進行熱壓擴散焊接，時間為1h。為保證鉻鋯銅合金不發生沉澱相固溶，焊 接中的溫度應控制在600℃以下；

（3）打磨去除連接好的3層鎢銅功能梯度材料的含銅10%的那一面的氧化層，並進行稀鹽酸清洗（0.05mol/L鹽酸水溶液，15分鐘）和純水清洗， 得清洗後的樣品；

（4）將清洗後樣品放入沉積爐，在氫氣保護氣氛下進行升溫。待基材表 面溫度達到預設的沉積溫度580℃且穩定，將純度均為99.99%的六氟化鎢和 氫氣的混合氣體由沉積爐上通氣口通入沉積爐內，其中六氟化鎢流量為 0.1mol/min（溫度高於45℃而低於其分解溫度，壓力為70-120kPa），氫氣流 量為0.2mol/min，將六氟化鎢和氫氣混合氣體通入沉積爐內，混合氣體在板 材表面及其附近發生反應，生成鎢和氫氟酸。沉積時間約為1.5h。鎢沉積在 板材表面形成塗層，生成的氫氟酸和未反應的氣體排出沉積爐。

（5）反應完成後，關閉六氟化鎢，停止加熱，繼續通入氫氣至爐內溫度 降至100℃以下，改通氮氣冷卻至室溫，然後拆爐，取出樣品，即制得鎢塗 層銅合金部件。鎢塗層（CVD-W）厚度為1mm，鎢塗層沉積速率約為0.6mm/h。 塗層表面平整，無凸起顆粒，塗層無開裂，起皮現象。

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