Deuterium and tritium are easy to permeate into the fusion reactor internals, and Fe–Al/Al2O3 composite coating can effectively hinder the permeation behavior of hydrogen isotopes. However, the temperature in the preparation process of Fe–Al/Al2O3 coating in many literatures is high, which will affect the mechanical properties of 316 l stainless steel. In this paper, Fe–Al/Al2O3 coating was prepared by pack aluminizing, heat treatment and in-situ oxidation at low temperature of 700 °C or less. The aluminized layer gradually transforms from Fe2Al5 and FeAl3 to FeAl and Fe3Al during heat treatment. Compared with the aluminized layer prepared at 650 °C, the aluminized layer prepared at 600 °C is thinner and the heat treatment time is shorter. The thickness of the oxide layer prepared at 700 °C for 10 h and 24 h in pure O2 atmosphere is 87 nm and 131 nm. The oxide layer has the microstructure of polycrystalline γ-Al2O3 mixed with amorphous Al2O3. The sample aluminized at 600 °C and oxidized in pure O2 atmosphere at 700 °C for 24 h has the best deuterium permeation resistance, and the deuterium permeation reduction factor (PRF) in the range of 450 °C–600 °C is higher than 5000. The PRF increases with the increase of temperature. The possible reason is that the deuterium permeability of 316 LSS substrate increases greatly with the increase of temperature, while that of the coating samples is less affected by the temperature change. The excellent deuterium permeation resistance of the coating is due to the high density of the Al2O3 layer.
重水素とトリチウムは核融合炉内部構造材に浸透しやすく、Fe–Al/Al2O3複合コーティングは水素同位体の透過挙動を効果的に妨げることができる。しかし、多くの文献におけるFe–Al/Al2O3コーティングの作製プロセス中の温度は高く、それが316 l ステンレス鋼の機械的特性に影響を与える。本論文では、Fe–Al/Al2O3コーティングを、パックアルミナイジング、熱処理、および700 °C以下の低温でのその場酸化により作製した。アルミナイズ層は、熱処理中にFe2Al5およびFeAl3からFeAlおよびFe3Alへ徐々に変態する。650 °Cで作製したアルミナイズ層と比較して、600 °Cで作製したアルミナイズ層はより薄く、熱処理時間も短い。純O2雰囲気中、700 °Cで10 hおよび24 h作製した酸化層の厚さは87 nmおよび131 nmである。酸化層は、非晶質Al2O3と混合した多結晶γ-Al2O3の微細構造を有する。600 °Cでアルミナイズし、純O2雰囲気中700 °Cで24 h酸化した試料は最良の重水素透過耐性を有し、450 °C–600 °Cの範囲での重水素透過低減係数(PRF)は5000より高い。PRFは温度の上昇とともに増加する。その可能性のある理由は、316 LSS基板の重水素透過率は温度の上昇とともに大幅に増加する一方、コーティング試料のそれは温度変化の影響をあまり受けないことである。コーティングの優れた重水素透過耐性は、Al2O3層の高密度に起因する。