The use of liquid metal as an alternative to cover the plasma-exposed areas of fusion reactors has called for the development of substrates where refilling and metal spreading occur readily and at reasonably low temperatures. In the search for common materials for this purpose, we show that nanostructured tungsten coatings deposited on stainless steel (SS) by magnetron sputtering at oblique angles (MS-OAD) is a good option, provided that the surface microstructure of substrate is properly engineered. Tungsten thin films with nominal thicknesses of 500 and 2500 nm were deposited onto SS plates subjected to conventional surface finishing treatments (sand blasting, sand paper abrasion and electrochemical polishing) to modify the surface topography and induce the appearance of different groove patterns. In the first part of this work we show how the topographical features of the SS substrates affect the typical nanocolumnar microstructure of OAD thin films of tungsten. Subsequently, we characterize the spreading behavior of liquid lithium onto these tungsten nanocolumnar surfaces and critically discuss whether nanocolumnar tungsten thin films are a suitable option for the wetting and spreading of molten lithium. As a result, we reveal that the features of the tungsten nanocolumnar coating, characterized by a given height and void spaces between nanocolumns in the order of 1–2 μm, is critical for the spreading of molten lithium, while the existence of wider channels affects it very weakly. Moreover, it is shown that tungsten films deposited by MS-OAD on SS substrates subjected to conventional finishing procedures represent a good alternative to other more complex surface engineering procedures utilized for this purpose.
液体金属を核融合炉のプラズマ曝露領域を覆う代替材料として使用することは、補充と金属の広がりが容易にかつ合理的に低い温度で起こる基板の開発を必要としている。この目的のための一般的な材料を探索する中で、斜め角度でのマグネトロンスパッタリング（MS-OAD）によりステンレス鋼（SS）上に堆積したナノ構造タングステンコーティングが、基板の表面微細構造が適切に設計されていることを条件として、良好な選択肢であることを我々は示す。公称厚さ500および2500 nmのタングステン薄膜を、表面トポグラフィーを変更し異なる溝パターンの出現を誘発するために従来の表面仕上げ処理（サンドブラスト、サンドペーパー研磨、電解研磨）に供したSSプレート上に堆積した。本研究の最初の部分では、SS基板のトポグラフィー的特徴がOADタングステン薄膜の典型的なナノ柱状微細構造にどのように影響するかを示す。続いて、これらのタングステンナノ柱状表面上への液体リチウムの広がり挙動を特徴付け、ナノ柱状タングステン薄膜が溶融リチウムの濡れと広がりに適した選択肢であるかどうかを批判的に考察する。その結果、所定の高さと1〜2 μm程度のナノ柱間の空隙空間によって特徴付けられるタングステンナノ柱状コーティングの特徴が溶融リチウムの広がりに決定的であり、一方でより広いチャネルの存在はそれに非常に弱い影響しか与えないことを明らかにする。さらに、従来の仕上げ手順に供したSS基板上にMS-OADで堆積したタングステン薄膜が、この目的のために使用される他のより複雑な表面工学的手順に代わる良好な選択肢であることが示される。