Enhanced deuterium retention in tantalum (Ta) cold spray coatings, compared to reference polycrystalline tantalum and tungsten materials, has been evaluated using the thermal desorption spectrometry technique. Tantalum coatings, deposited via cold spray technology on 316L stainless steel substrates, are proposed as plasma-facing material surfaces with hydrogen gettering functionality for advanced fusion concepts. The materials were exposed to 95 eV D ions at a flux of 1.6– D m−2 s−1. Retention was measured as a function of incident ion fluence and surface temperature. The results highlight an increased deuterium inventory in Ta cold spray coatings by a factor of 3.5 compared to polycrystalline tantalum and by two orders of magnitude compared to polycrystalline tungsten. A tendency for retention saturation in tantalum is observed at a fluence above D m−2. While deuterium retention gradually decreases with increasing surface temperature from 400 K to 925 K for polycrystalline tungsten, it remains constant for polycrystalline tantalum. In contrast, retention in Ta coatings significantly decreases when the surface temperature exceeds 750 K. The microstructure of the cold spray Ta coatings plays a crucial role in the dynamics of deuterium trapping and release. Tantalum also exhibits a superior resistance to blister formation compared to tungsten when subjected to a high dose of deuterium.
タンタル(Ta)コールドスプレーコーティングにおける重水素保持の向上は、参照用の多結晶タンタルおよびタングステン材料と比較して、昇温脱離分光法を用いて評価された。316Lステンレス鋼基板上にコールドスプレー技術で成膜されたタンタルコーティングは、先進核融合概念における水素ゲッター機能を備えたプラズマ対向材料表面として提案されている。材料は、1.6– D m⁻² s⁻¹のフラックスで95 eVのDイオンに曝露された。保持は、入射イオンフルエンスと表面温度の関数として測定された。結果は、タンタルコールドスプレーコーティングにおける重水素インベントリが、多結晶タンタルと比較して3.5倍、多結晶タングステンと比較して2桁増加することを示している。タンタルにおける保持飽和の傾向は、D m⁻²以上のフルエンスで観察される。多結晶タングステンでは、重水素保持は表面温度が400 Kから925 Kに上昇するにつれて徐々に減少するが、多結晶タンタルでは一定のままである。対照的に、タンタルコーティングにおける保持は、表面温度が750 Kを超えると大幅に減少する。コールドスプレーTaコーティングの微細構造は、重水素の捕捉と放出のダイナミクスにおいて重要な役割を果たす。タンタルはまた、高線量の重水素にさらされたとき、タングステンと比較してブリスター形成に対する優れた耐性を示す。