一种陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及阻氢涂层技术领域，尤其是涉及一种陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层及其制备方法，包括以下质量分数的原料：混合氧化物12

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及阻氢涂层
，尤其是涉及一种陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢能作为一种可再生清洁能源，在交通、电力、工业领域有着极其广泛的应用，氢能的提取、存储与运输对未来氢能产业的进一步发展起着至关重要的作用，同时氢在基体材料中渗透和扩散是目前氢能产业面临的严重问题，这些问题会引起基体材料塑性降低、疲劳裂纹扩展速率加快，最终导致材料失效，对生产及环境安全产生很大的威胁。因此，发展新的阻氢涂层技术是解决氢渗透问题的有效途径，满足氢能源及核能产业的发展需求。
[0003]为减轻氢渗透而产生的破坏，阻氢渗透涂层作为渗透屏障用于阻挡氢及其同位素向基体材料渗透与扩散，同时确保涂层适用于高温、高压和强辐照的服役环境，满足不同复杂结构部件的涂覆需求，国内外学者围绕阻氢涂层技术纷纷开展了研究工作。
[0004]目前，通过对氧化物、硅化物、钛基陶瓷等多种涂层大量地研究和筛选，综合考虑阻氢渗透性能、材料相容性、辐照稳定性以及液态金属薄层对涂层绝缘性的要求，涂层材料类型从多元化发展到目前以Al2O3、Cr2O3、Er2O3、Y2O3等氧化物及其复合涂层为主。
[0005]但现有技术中的阻氢涂层仍存在诸多问题，例如，钛基涂层在450℃下容易发生氧化而无法在高温高压的环境下服役；硅基涂层在厚度变大时容易发生脱落和开裂。而目前常用的涂层制备方法包括气相沉积法、磁控溅射法、包埋渗铝法、溶胶凝胶法等，其中，磁控溅射法和包埋渗铝法等制备的氧化铝涂层无法满足于管道内壁涂覆的要求，且成本昂贵、无法大批量制备；溶胶凝胶法制备的涂层存在与基体结合力较差，易脱落，涂层相对不致密、表面存在孔洞，阻氢性能较差，厚度不易控制等问题。
[0006]鉴于此，本专利技术提出了一种可应用于316L不锈钢、碳钢等基体表面的耐高温陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层，该涂层具有优异的阻氢性能，以及良好的抗热冲击性能和结合力，并具有一定的抗铅铋腐蚀性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层及其制备方法，该涂层具有优异的阻氢性能以及良好的抗热冲击性能和结合力，并具有一定的抗铅铋腐蚀性能。
[0008]第一方面，本专利技术提供一种陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层，包括以下质量分数的原料：
[0009]混合氧化物12
‑
16％、无机胶粘剂55
‑
57％和水28
‑
32％，
[0010]其中，混合氧化物包括以下质量分数的原料：α
‑
Al2O
3 15
‑
20％、CaO10
‑
15％、Cr2O
3 5
‑
10％和玻璃粉45
‑
60％。
[0011]本专利技术的陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层中，α
‑
Al2O3具有阻氢渗透性能良好、高温稳定、与液态锂铅相容性好等优点；氧化铬可减少涂层与基体之间的热失配，具有良好的相
容性，且氧化铬有很好的抗高温氧化性和耐磨性；而玻璃粉可降低涂料的熔点，使粉料容易烧结，起到熔接氧化物粉末的作用，并且其具有较大的热膨胀系数，利于涂层与基体的结合，同时玻璃粉在高温下熔融可使涂层孔隙率降低，密度增大，进而在基体表面形成致密的玻璃态粘附层；氧化钙可与无机硅胶粘剂中含有的氧化钠、氧化钾在高温下降低涂层的粘度和表面张力，使得涂层不易出现气泡、缩聚和脱落等现象。最后，将上述混合氧化物与无机硅胶粘剂混合，并在高温下固化烧结并熔接复合，以进一步增大涂层硬度，提升涂层的耐腐蚀和耐高温性能。该涂层具有优异的阻氢性能以及良好的抗热冲击性能和结合力，并具有一定的抗铅铋腐蚀性能，可作为复杂结构部件的阻氢渗透层，特别是对于小口径长管道内壁。
[0012]作为本技术方案优选地，本专利技术所使用的玻璃粉优选为熔点为800
‑
900℃的无铅玻璃粉，而无机胶粘剂优选为耐高温无机硅胶粘剂。
[0013]耐高温无机硅胶粘剂的主要组分为硅微粉、硅酸钠、硅酸钾等，混合氧化物粉末中的氧化钙与无机硅胶粘剂中含有的氧化钠、氧化钾，可高温下降低涂层的粘度和表面张力，使得涂层不易出现气泡、缩聚和脱落。
[0014]作为本技术方案优选地，所述陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层由混合氧化物粉末与无机硅胶粘剂在高温下固化烧结并熔接复合而成。
[0015]高温固化烧结过程中，混合氧化物粉末与无机硅胶粘剂发生相互作用，胶粘剂在高温下熔融，表面液相向涂层内部的孔隙填充，能够较好熔接均匀分散的氧化物颗粒，填充粉体颗粒之间的间隙，促进涂层达到致密化的过程。
[0016]第二方面，本专利技术还提供了上述陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1、将混合氧化物与无机胶粘剂混合均匀，配制成涂料；
[0018]S2、采用喷涂的方式将涂料喷涂在基体材料表面；
[0019]S3、将喷涂完成的基体置于大气或富氧的氛围下，以3
‑
8℃的速率升温至400
‑
500℃，保温20
‑
40min，继续升温至800
‑
900℃，保温20
‑
40min，随炉冷却至室温，在基体表面得到陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层。
[0020]本专利技术的陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层制备工艺简单，制备周期短，厚度可控，成本较低，能够满足批量生产的需求。
[0021]作为本技术方案优选地，步骤S1中，首先将混合氧化物进行球磨处理，再将球磨处理后的混合氧化物粉末与无机胶粘剂混合，并加入去离子水调整粘稠度，经超声混合，过筛，以使涂料可在基体表面获得致密的涂层。
[0022]作为本技术方案优选地，所述球磨时，向行星球磨机中加入混合氧化物，并加入少量无水乙醇进一步提高球磨效果，球磨过程中，控制球料比为2:1，球磨时间为10
‑
14h。
[0023]作为本技术方案优选地，所述超声混合时，超声频率为30
‑
50KHz，并优选为40KHz时间为10
‑
30min。
[0024]作为本技术方案优选地，步骤S2中，所述喷涂时，喷枪进气压力优选为2
‑
3.5bar，喷涂次数优选为2
‑
4次。
[0025]采用喷涂设备雾化浆料，不仅可实现在细小管道内壁(最小直径5mm)和块状基体表面均匀涂覆，也可通过喷涂次数和喷枪气压调节涂层厚度。
[0026]作为本技术方案优选地，所述基体的材料包括不锈钢和碳钢中的任意一种；并且基体的存在形式可以为平面器件、金属线管和异形器件中的任意一种。
[0027]作为本技术方案优选地，所述基体在喷涂之前，利用电火花切割基体样品，使用砂纸对待喷涂表面进行粗化，并在乙醇中超声清洗10
‑
20min，以对基体材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层，其特征在于，包括以下质量分数的原料：混合氧化物12
‑
16％、无机胶粘剂55
‑
57％和水28
‑
32％，其中，混合氧化物包括以下质量分数的原料：α
‑
Al2O
3 15
‑
20％、CaO10
‑
15％、Cr2O
3 5
‑
10％和玻璃粉45
‑
60％。2.根据权利要求1所述的陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层，其特征在于，所述玻璃粉为熔点为800
‑
900℃的无铅玻璃粉，所述无机胶粘剂为耐高温无机硅胶粘剂。3.根据权利要求1所述的陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层，其特征在于，所述陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层由混合氧化物粉末与无机硅胶粘剂在高温下固化烧结并熔接复合而成。4.权利要求1
‑
3任一项所述陶瓷氧化物阻氢渗透复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将混合氧化物与无机胶粘剂混合均匀，配制成涂料；S2、采用喷涂的方式将涂料喷涂在基体材料表面；S3、将喷涂完成的基体置于大气或富氧的氛围下，以3
‑
8℃的速率升温至400
‑
500℃，保温20
‑
40min，继续升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，张源齐，王济农，詹创元，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：