Сравнительный анализ физико-механических свойств газотермических радиационно-стойких электроизоляционных покрытий в зависимости от метода нанесения

Возрастающие требования к надежности тяжело нагруженных узлов трения типа опор модулей бланкета (теплонапряженных панелей первой стенки и соединителей модулей) строящегося экспериментального термоядерного реактора ИТЭР определяют параметры поиска оптимального способа газотермического напыления радиационно стойких электроизоляционных покрытий Al₂O₃ и MgAl₂O₄. Экстремальные условия эксплуатации деталей с электроизоляционным покрытием модулей бланкета (жесткие гамма- и нейтронное излучения, высокий вакуум и повышенная температура, значительные статические и ударные нагрузки, фрикционные силы при сдвиге) диктуют повышенные требования к физико-механическим свойствам, химической чистоте и кристаллической структуре оксидной керамики, обеспечивающей минимальную деградацию свойств в условиях радиационного облучения. В промышленном производстве к конкурирующим методам нанесения электроизоляционного покрытия толщиной 0,1…0,5 мм относятся плазменное, детонационное и высокоскоростное напыление. Накопленный опыт практического применения различных способов газотермического напыления электроизоляционных покрытий в совокупности с результатами лабораторных, стендовых и реакторных испытаний позволит определить оптимальный метод напыления для модулей бланкета термоядерного реактора ИТЭР.

Литература

[1] Material Assessment report 3.6 Electrical-Insulation Ceramic Coating. ITER_D_22eYPW v. 2.0., 2004.

[2] Specification for the supply of the Blanket System Components with Electrical Insulation Coatings. ITER_D_25QF6 v. 1.5.

[3] Technical Specification Insulation Coatings for the Blanket System Components. ITER_D_UKP7G3 v.1.1., 2017.

[4] Драгунов Ю.Г., Лешуков А.Ю., Стребков Ю.С., Кириллов С.Ю., Макаров С.В., Трофимович П.Д., Ёлкин В.Н., Свириденко М.Н., Размеров А.В., Паршутин Е.В., Хомяков С.Э., Колганов В.Ю., Сафронов В.М., Путрик А.Б. Разработка конструкций, изготовление и экспериментальное обоснование работоспособности компонентов системы бланкета ИТЭР. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез, 2016, т. 39, вып. 4, с. 13–26.

[5] ITER Vacuum Handbook. ITER_D_2EZ9UM v. 2.3.

[6] Toma F.-L., Scheitz S., Berger L.-M., Sauchuk V., Kuznezoff M., Thiele S. Comparative study of the electrical properties and characteristics of thermally sprayed alumina and spinel coatings. Journal of Thermal Spray Technology, 2011, vol. 20(1–2), pp. 195–204.

[7] Matikainen V., Niemi K., Koivuluoto H., Vuoristo P. Abrasion, Erosion and Cavitation Erosion Wear Properties of Thermally Sprayed Alumina Based Coatings. Coatings, 2014, vol. 4(1), pp. 18–36.

[8] Bolelli G., Cannillo V., Lusvarghi L., Manfredini T. Wear behavior of thermally sprayed ceramic oxide coatings. Wear, 2006, vol. 261, pp. 1298–1315.

[9] Niemi K., Hakalahti J., Hyvärinen L., Laurila J., Vuoristo P., Berger L.-M., Toma F.-L., Shakhverdova I. Influence of Chromia Alloying on the Characteristics of APS and HVOF Sprayed Alumina Coatings. Conference: ITSC 2011, International Thermal Spray Conference & Exhibition, 27–29 September 2011, Hamburg, Germany, 2011, vol. 276, pp. 1–6.

[10] Tosaki T., Kobayashi Y., Ohta K., Kitamura J. Comparable Study of Electrical and Mechanical Properties in Plasma Sprayed Alumina Coatings. Conference: ITSC 2013, International Thermal Spray Conference & Exhibition, 13–15 May 2013, Busan, South Korea, 2013, pp. 312–317.

[11] Ouyang J.H., Sasaki S. Tribological characteristics of low-pressure plasma-sprayed Al2O3 coating from room temperature to 800°C. Tribology International, 2005, vol. 38, pp. 49–57.

[12] Deng C.-M., Zhou K.-S., Liu M., Deng C.-G., Song J.-B., Zheng Z.-G. Characteristics of Low Pressure Plasma Sprayed Alumina Coating. Journal of Inorganic Materials, 2009, vol. 24(1), pp. 117–121.

[13] Sulzer-Metco. Available at: http://www.sulzer.com/en/Products-and-Services/Turbomachinery-Services/Repair-Services/Coatings/Low-Pressure-Plasma-Spray-LPPS (accessed 21 December 2017).

[14] Балдаев Л.Х., ред. Газотермическое напыление. Москва, ООО «Старая Басманная», 2015. 540 с.

[15] Мчедлов С.Г. Газотермическое напыление в технологии упрочнения и восстановления деталей машин (обзор). Ч. 1. Газопламенное и детонационное напыление (обзор). Сварочное производство, 2007, № 10, с. 35–45.

[16] Штерцер А.А., Злобин С.Б., Ульяницкий В.Ю. Термоциклические свойства градиентных покрытий керамика-металл, полученных детонационным напылением. Упрочняющие технологии и покрытия, 2012, № 7, с. 23–26.

[17] Tesa T., Musalek R., Medricky J., Kotlan J., Lukac F., Pala Z., Ctibor P., Chraska T., Houdkova S., Rimal V., Curry N. Development of suspension plasma sprayed alumina coatings with high enthalpy plasma torch. Surface and Coating Technology, 2017, vol. 325, pp. 277–288.

[18] Killinger F., Kuhn M., Gadow R. High-velocity suspension flame spraying (HVSFS), a new approach for spraying nanoparticles with hypersonic speed. Surface and Coating Technology, 2006, vol. 201, is. 5, pp. 1922–1929.

[19] Müller J.-H., Kreye H. Mikrostruktur und Eigenschften von thermisch gespritzten Aluminiumoxidschichten. Scweissen und Schneiden, 2001, vol. 53(6), pp. 320–326.

[20] Shakhova I., Mironov E., Azarmi F., Safonov A. Thermo-electrical properties of the alumina coatings deposited by different thermal spraying technologies. Ceramics International, 2017, vol. 43, is. 17, pp. 15392–15401.

[21] Morks M.F., Cole I., Corrigan P., Kobayashi A. Electrochemical characterization of plasma sprayed alumina coatings. Journal of Surface Engineered Materials and Advanced Technology, 2011, vol. 1, no. 3, pp. 107–111.

[22] Погребняк А.Д., Тюрин Ю.Н. Модификация свойств материалов и осаждение покрытий с помощью плазменных струй. Успехи физических наук, 2005, т. 175, № 5, с. 515–544.

[23] Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. Москва, Машиностроение, 1981. 188 с.

[24] Зайцев А.Н., Лешуков А.Ю., Дубинин Г.В., Свириденко М.Н., Александрова Ю.П., Сачек Б.Я., Мезрин А.М. Расчет толщин электроизоляционных плазмо-напыленных оксидных покрытий Al2O3 в изделиях бланкета ИТЭР. Известия Российской Академии Наук. Энергетика, 2016, № 1, с. 79–91.

[25] Ульяницкий В.Ю., Батраев И.С., Штерцер А.А. Детонационные покрытия из оксидов. Упрочняющие технологии и покрытия, 2015, № 9(129), с. 37–44.