Preparing tritium permeation barrier (TPB) coating on the surface of structural materials can effectively alleviate tritium permeation in fusion reactor system. However, due to the existence of inevitable certain number of defects in TPB, there is still a gap between the commonly prepared TPB coatings and the requirements proposed by fusion reactors. In this work, composite coatings with Al2O3/TiO2 nano-multilayers (NMLs) covering on the surface of FeAl/Al2O3 coating were prepared as TPB. The FeAl/Al2O3 TPB coating on the surface of 316L stainless steel was prepared by electrochemical deposition of Al, aluminization and in-situ oxidation. Due to the aggregation of Cr, there are micro sized defects in the Al2O3 layer. The presence of defects seriously reduces its hydrogen isotopes permeation resistance. The atomic layer deposition was then adopted to prepare Al2O3/TiO2 NMLs with period thickness of 15, 7.5 and 3 nm on the surface of Al2O3 layer, which not only cover the defects, but also utilize interfaces to suppress hydrogen isotopes permeation. The composite coating sample with the period thickness of 3 nm showed great enhancement of two orders of magnitude in deuterium permeation resistance property compared to the original FeAl/Al2O3 TPB coating at 500 °C, and the permeation reduction factor reaches a high value of 5 × 105, which far above the requirements of future fusion reactors.
構造材料表面にトリチウム透過バリア（TPB）コーティングを調製することは、核融合炉システムにおけるトリチウム透過を効果的に軽減することができる。しかしながら、TPB中には避けられない一定数の欠陥が存在するため、一般的に作製されるTPBコーティングと核融合炉によって提案される要求との間には依然として隔たりがある。本研究では、FeAl/Al2O3コーティングの表面を被覆するAl2O3/TiO2ナノ多層膜（NMLs）を有する複合コーティングをTPBとして作製した。316Lステンレス鋼表面のFeAl/Al2O3 TPBコーティングは、Alの電気化学析出、アルミナイジング、およびその場酸化によって作製された。Crの凝集により、Al2O3層には微小サイズの欠陥が存在する。欠陥の存在は、その水素同位体透過耐性を著しく低下させる。次に、原子層堆積法を採用して、Al2O3層表面に周期厚さ15、7.5、3 nmのAl2O3/TiO2 NMLsを作製した。これは欠陥を被覆するだけでなく、界面を利用して水素同位体透過を抑制するものである。周期厚さ3 nmの複合コーティング試料は、500 °Cにおいて元のFeAl/Al2O3 TPBコーティングと比較して、重水素透過耐性が2桁大きく向上し、透過低減係数は5 × 105という高い値に達し、これは将来の核融合炉の要求をはるかに上回る。