[發(fā)明專利]一種高結(jié)合強度氧化鋁阻氫滲透耐腐蝕絕緣層及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810737216.4
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108914111B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐玉平;呂一鳴;周海山;羅廣南
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
• 主分類號: C23C24/08
• 分類號: C23C24/08;C23C14/35;C23C14/16;C23C14/58;C23C8/12;C23C28/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發(fā)明涉及一種高結(jié)合強度氧化鋁阻氫滲透耐腐蝕絕緣層及其制備方法和應(yīng)用。該涂層可以利用冷噴涂、化學氣相沉積、磁控濺射、熱噴涂等方法在基體表面制備一層在一定比例內(nèi)混合的鐵鉻鋁合金層，然后通過熱氧化的方式獲得0.05?1μm厚致密且與基底具有很好的結(jié)合強度，具有極佳阻氫滲透效果的α?Al₂O₃氧化層，所有操作過程基體溫度都可控制在800℃以下。本發(fā)明提供的阻氫滲透層除了具有極好的阻氫滲透效果，很強自愈合的能力以及耐腐蝕絕緣能力外最大的突出優(yōu)點是還具有極佳的與基體的結(jié)合強度。該阻氫涂層可用于不銹鋼結(jié)構(gòu)件的阻氫滲透阻擋層，特別是聚變堆內(nèi)包層部件表面的阻氫滲透阻擋層。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及阻氫材料領(lǐng)域，具體涉及一種高結(jié)合強度氧化鋁阻氫滲透耐腐蝕絕緣層及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著當今社會的高速發(fā)展，能源的需求越來越大，能源問題是目前社會關(guān)注的焦點。核聚變能由于其清潔安全的特性，越來越受到科學家們的重視，開始大力發(fā)展核聚變能。其中聚變反應(yīng)的燃料為氫的同位素氘（D）和氚（T）。在自然界中T的含量非常少，幾乎沒有?，F(xiàn)在世界上所擁有的絕大部分的T都是通過裂變堆反應(yīng)產(chǎn)生的，因此T的價格非常的高昂（CANDU裂變堆生產(chǎn)的T，約30000美元/g）。T的運用除了需要考慮其價格高昂帶來的經(jīng)濟性方面的問題，還需要考慮T所具有的放射性帶來的安全性方面的問題。然而目前聚變堆中設(shè)計運用的包層結(jié)構(gòu)材料主要以具有高的氫滲透率的鋼鐵，釩合金為主要候選結(jié)構(gòu)材料。所以T在結(jié)構(gòu)材料中的滲透滯留會帶來很嚴重的T損失，T的不可控也會給聚變堆的安全運行產(chǎn)生威脅。

為了解決上述這些問題，現(xiàn)有的手段是在結(jié)構(gòu)材料的表面制備一層具有高的阻氫能力的涂層。該涂層的成分一般是陶瓷材料，例如Al₂O₃和Cr₂O₃等材料。專利號CN105667009中，公布了一種Y₂O₃/Al₂O₃/Cr₂O₃復合梯度阻氫涂層及其制備方法，該工藝采用金屬-有機化學氣相沉積技術(shù)在鋼表面分別制備Y₂O₃/Al₂O₃/Cr₂O₃多層復合梯度阻氫涂層。通過Cr₂O₃涂層作為中間層緩解熱應(yīng)力，然后沉積阻氫性能更佳的Al₂O₃涂層。該技術(shù)采用Cr₂O₃涂層作為氧化層與基體的結(jié)合層，并且氧化層是直接沉積在基體鋼表面的，由于氧化物與鋼基體熱膨脹系數(shù)不匹配，必然導致結(jié)合強度不佳。同時由于該方法需要分多個步驟進行阻氫涂層的沉積，工藝繁瑣，導致制備成本較高。專利號CN105154878A中，公布了一種α-Al₂O₃阻氫滲透耐腐蝕絕緣層的制備方法，該工藝首先在基體材料表面制備一層鉻鋁合金層，然后通過熱氧化的方法制備出α-Al₂O₃阻氫滲透耐腐蝕絕緣層。該工藝可以在較低溫度下制備出阻氫性能優(yōu)良的α-Al₂O₃阻氫滲透耐腐蝕絕緣層。但由于鋼中的主要成分為鐵，鉻鋁合金層與基體材料鋼的熱膨脹系數(shù)不匹配，所以必然導致結(jié)合強度不是很優(yōu)良?？紤]到上述這些因素，以及在聚變堆中要耐受高能粒子的輻照等行為，涂層在長時間的使用下會面臨失效的問題，所以涂層除了需要降低制備工藝的繁瑣度和成本之外，涂層還需要具備高的結(jié)合強度以及一定的自修復的能力。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明提供了一種與基體結(jié)合良好、制備工藝簡單、成本低廉的阻氫涂層材料。為了克服上述Y₂O₃/Al₂O₃/Cr₂O₃復合梯度阻氫涂層自身的缺點，本發(fā)明采用鐵鉻鋁合金層作為過渡層，氧化鋁作為阻氫涂層，制備復合梯度涂層，從而提高阻氫性能。