Developing barrier coatings with high resistance to hydrogen isotope permeation in the structural materials of fusion reactor blankets is a critical priority. In this work, we propose a novel approach to address this challenge by utilize the oxide layer of a modified Reduced Activation Ferritic-Martensitic (RAFM) steel after proper oxidization process. The SIMP steel, which contains 1.43% silicon and 10.8% chromium, is distinguished from the 9% chromium CLF-1 steel by its additional silicon. Gas-driven permeation (GDP) experiments show that, after oxidation at 700 °C in air for 30 h, the SIMP steel forms an oxide layer with a thickness of approximately 100 nm. Deuterium GDP tests reveal a permeation reduction factor (PRF) of 2 × 104 at 560 °C for oxidized SIMP steel, compared to a PRF of approximately 100 for oxidized CLF-1 steel. This high PRF is attributed to the dense Cr–Mn oxide layer due to the presence of Si, independent of the substrate heat treatment, as confirmed by microstructural analysis. Following irradiation with Au ions up to 12 dpa, the PRF of the oxidized SIMP steel decreases by less than one order of magnitude, with partial recovery observed at elevated temperatures. This work provides new insight into the development of tritium permeation barriers, highlighting a promising route that combines low activation, cost-effectiveness, and strong manufacturability.
核融合炉ブランケットの構造材料において、水素同位体透過に対する高い耐性を有するバリアコーティングの開発は極めて重要である。本研究では、適切な酸化処理後の改良型低放射化フェライト・マルテンサイト（RAFM）鋼の酸化層を利用するという、この課題に取り組むための新規アプローチを提案する。シリコンを1.43%、クロムを10.8%含有するSIMP鋼は、追加のシリコンを含む点で9%クロムCLF-1鋼と区別される。ガス駆動透過（GDP）実験により、SIMP鋼を空気中700 °Cで30時間酸化させると、約100 nmの厚さの酸化層が形成されることが示された。重水素GDP試験では、酸化SIMP鋼の560 °Cにおける透過低減係数（PRF）は2 × 10^4であり、酸化CLF-1鋼のPRFは約100であった。この高いPRFは、基材の熱処理に依存せず、Siの存在による緻密なCr-Mn酸化物層に起因するものであり、微細構造解析によって確認された。Auイオンを12 dpaまで照射した後、酸化SIMP鋼のPRFは1桁未満の低下にとどまり、高温では部分的な回復が観察された。本研究は、トリチウム透過バリアの開発に新たな知見を提供し、低放射化、費用対効果、および優れた製造性を兼ね備えた有望な経路を強調するものである。