CN211330081U - 一种液相流动成膜装置 - Google Patents

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王龙
冯勇进
巩保平
范丽
王晓宇
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Abstract

本实用新型属于聚变堆氦冷技术，具体涉及一种液相流动成膜装置，包括置液槽，两端连接管路分别安装循环泵A和循环泵B，两者之间并联三路管路安装上述静置管。不仅可用于复杂型腔/管道内表面涂层的制备，可以制备内外表面异质阻氚涂层，实现同一管路内外壁不同功能需求，且操作简单，可实现工业化大规模生产。

Description

一种液相流动成膜装置
技术领域
本实用新型属于聚变堆氦冷技术，具体涉及一种管件内外壁异质阻氚涂层的制备方法及成膜装置。
背景技术
氘-氚(D-T)聚变堆氦冷固态氚增殖包层(HCCB-TBM)复杂增殖单元流道内壁高性能阻氚涂层(TPB)制备技术研发是本领域面临的棘手工程问题，是实现氚自持及氚安全的关键，直接影响聚变堆能否工程应用。是由于氚具有放射性、较强的渗透和扩散性，加之高温、高热负荷、氦离子辐照等复杂环境，极易导致该区域涉氚构件发生氚滞留、氢脆和氚对环境的释放，导致氚流失，引发安全事故，造成放射性污染，增加经济成本；同时，TBM位于环形真空室内，紧跟面向等离子体第一壁之后，工况条件也十分严苛：表面热负荷大于0.5MW/m2，14.1MeV高能中子通量大于1018n/m2·s和复杂腐蚀环境。在这种极端环境下，要实现结构材料、冷却剂材料、氚增殖材料等精准组合，又要面对严重的氚渗透性，TBM结构材料面临严峻挑战。
在组分、组织结构改进受限条件下，于TBM结构材料表面涂覆一定厚度的氚渗透阻挡层(TPB)可视为降低氚渗透、保护基材最有效、最便捷的技术手段。然而复杂的增殖单元回路，给内壁阻氚涂层制备带来极大困难，尤其是相对于传统HCCB-TBM，更为灵巧、精密的三层套管结构新型增殖单元设计能否实现工程化应用，还仰仗着内壁阻氚涂层技术的突破与创新，实现同一管路内外壁不同功能区域特种涂层的制备。随着D-T核聚变反应堆开发已从基础研究阶段步入工程可行性阶段，开发具有潜力的TPB涂层及内外壁涂层制备技术迫在眉睫。
日本国立聚变科学研究所在2010年提出金属有机物分解(MOD)技术制备阻氚涂层，可在复杂型腔内壁开展涂层制备研究，在近年来引起了科学界与工程界的强烈兴趣。相比于传统Sol-Gel法，MOD前驱体是金属原子直接与C原子结合，而后与一有机物结合形成的有机化合物，其在大气氛围中十分稳定、对水与二氧化碳不敏感。MOD前驱体这一特点使得MOD涂层工艺极具简易性。相比于传统Sol-Gel法，MOD方法展现出了良好的应用潜力与新颖的技术优势。自MOD-TPB涂层技术提出以来，日本国立聚变科学研究所、东京大学及欧美多家聚变研究机构便开展了一系列较为系统的研究。然而，我国在利用MOD工艺制备TPB涂层的研究领域目前处于起步阶段、亟待研究。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种液相流动成膜装置，能够在管内外壁制备不同种类异质涂层。
本实用新型的技术方案如下：
一种液相流动成膜装置，包括置液槽，所述的置液槽的出口和入口两端分别连接管路，即为出口管路和入口管路，出口管路和入口管路上分别安装循环泵A和循环泵B，所述的在循环泵A和循环泵B之间并联三路管路；
其中一路管路上按照液体流动的方向依次安装循环泵C和静置管A；
第二路管路上按照液体流动的方向依次安装循环泵D和静置管B；
第三路管路上按照液体流动的方向依次安装循环泵E和静置管C。
所述的循环泵和静置管之间均设有管路开关。
所述的静置管A6、静置管B和静置管C分别为CLF-1、316L内抛圆管和 U型管。
本实用新型的效果如下：
(1)与传统涂层制备技术如物理溅射沉积、金属有机物化学气相沉法、电化学沉积、热浸镀等方法相比，本不仅可用于复杂型腔/管道内表面涂层的制备，可以制备内外表面异质阻氚涂层，实现同一管路内外壁不同功能需求，且工艺操作简单，可实现工业化大规模生产；
(2)本发明可任意更换MOD前驱体，在管内外壁制备不同种类异质涂层；可通过调整循环流动速度、静置时间、提拉速度和浸渍时间、烘焙和退火温度、循环次数等工艺参数控制涂层组织结构、均匀性、沉积速率、厚度等，可控性强；
(3)自制液相流动成膜装置维护简单易行，也可在真空手套箱中操作，可实现高质量阻氚涂层的制备研发。
附图说明
图1为液相流动成膜装置示意图；
图中：1.置液槽；2.循环泵A；3.循环泵C；4.循环泵D；5.循环泵E；6.静置管A；7.静置管B；8.静置管C；9.循环泵B；10.出口管路；11.入口管路；12. 管路开关。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
如图1所示的液相流动成膜装置，包括置液槽1，置液槽1的出口和入口两端分别连接管路，即为出口管路10和入口管路11，出口管路10和入口管路11 上分别安装循环泵A2和循环泵B9。
在循环泵A2和循环泵B9之间并联三路管路；
其中一路管路上按照液体流动的方向依次安装循环泵C3和静置管A 6；
第二路管路上按照液体流动的方向依次安装循环泵D4和静置管B7；
第三路管路上按照液体流动的方向依次安装循环泵E5和静置管C8；
其中静置管A6为低活化铁素体马氏体CLF-1钢管、静置管B7为316L内抛圆管，静置管C8为U型管，其分别代表了未来氦冷包层可能使用的结构材料类型。
循环泵和静置管之间均安装管路开关，其中在8和9之间的管路开关12为出口开关，用于控制液体停滞于静置管内实施静置管内壁镀膜。
使用时，在室温下上述液相流动成膜装置制备内壁涂层。将适量商用Al-03-P MOD液置于1(置液槽)中，液面高于进出口管路位置，打开管路中循环开关，利用循环泵使MOD液在管内壁循环流动，流速为0.5s，3min后关闭管路开关停止循环，将MOD液于管内壁(6、7、8)静置300～600s，而后打开出口开关 12排出MOD液，将试样在空气中悬置3min，使管内壁形成均匀液膜。

Claims (6)

1.一种液相流动成膜装置，其特征在于：包括置液槽(1)，所述的置液槽(1)的出口和入口两端分别连接管路，即为出口管路(10)和入口管路(11)，出口管路(10)和入口管路(11)上分别安装循环泵A(2)和循环泵B(9)，所述的在循环泵A(2)和循环泵B(9)之间并联三路管路，三个管路上分别安装静置管A(6)、静置管B(7)和静置管C(8)。
2.如权利要求1所述的一种液相流动成膜装置，其特征在于：所述的循环泵和静置管之间均设有管路开关。
3.如权利要求1所述的一种液相流动成膜装置，其特征在于：所述的静置管A(6)为CLF-1、316L内抛圆管或U型管。
4.如权利要求1所述的一种液相流动成膜装置，其特征在于：所述的静置管B(7)为CLF-1、316L内抛圆管或U型管。
5.如权利要求1所述的一种液相流动成膜装置，其特征在于：所述的静置管C(8)为CLF-1、316L内抛圆管或U型管。
6.如权利要求1所述的一种液相流动成膜装置，其特征在于：所述的三个管路上在静置管之前分别安装循环泵。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112871577A (zh) * 2019-11-29 2021-06-01 核工业西南物理研究院 一种管件内外壁异质阻氚涂层的制备方法及成膜装置

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