[发明专利]一种Cr2O3和Al2O3复合梯度阻氢涂层及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种Cr₂O₃和Al₂O₃复合梯度阻氢涂层及其制备方法和应用，该涂层可应用于高温真空集热管的阻氢渗透。

背景技术

太阳能集热管中载热流体的老化会产生游离的氢，氢借助渗透作用穿过中央管，到达中央管和套管之间的真空环形空间，造成环形空间压强的升高，进而导致集热管热损失的增大。为保证管间环形隙的真空，必须采取相应的措施降低真空环形空间的氢气量。早期解决方法包括使用吸气材料，该方法的弊端在于吸气材料的容量有限，当吸气材料的容量耗尽时，环形空间的压强又会升高。因此，采用吸收的方式只能暂时控制而不能从根本上解决问题，为此，研究人员提出了采用阻氢涂层阻止氢渗透，从而有效控制集热管真空环形空间的压强，减少集热管的热损耗。

最早出现的阻氢涂层是CN1971168公开的采用Cr₂O₃作为阻氢材料，可以很大程度的阻止氢的渗透，使吸收管具有更少的热损失。但该类阻氢材料其热膨胀系数与基体存在较大失配，受到一定热冲击后，涂层与基体间产生较大热应力，导致涂层与基体分离，严重影响涂层的阻氢性能，为解决上述问题研究人员寻找其它与基体结合良好、热膨胀系数适配小的阻氢涂层，代表性的专利有南京航空航天大学持有的阻氢涂层组成包括玻璃粉和磨加物的专利CN101215709、CN101215710和CN101230460，其涂层制备工艺简单，与基体结合良好。研究人员对阻氢涂层材料进行了大量的筛选，包括Al₂O₃、Y₂O₃、Er₂O₃、SiO₂-Cr₂O₃等多种材料。Al₂O₃由于其结构比较稳定，特别是在制备过程中能够形成α-Al₂O₃，对涂层性能有很大帮助，其绝缘电阻率比较高，阻氢性能经验证也比较好，因此，成为阻氢涂层中最常规的材料。由于化学气相沉积方法高温制备α-Al₂O₃时，比较容易形成大的颗粒，大颗粒往往可以形成脆性相，影响涂层的可靠性，也影响涂层材料的密度和阻氢性能。而Er₂O₃阻氢涂层绝缘电阻率高、自修复性能好，制备温度低于α-Al₂O₃，缺点是价格比较高，因此，为克服上述两种涂层的缺点，北京有色金属研究总院提供了两种改进的阻氢涂层，分别为CN101469409公开的由氧化铝和氧化铒构成的阻氢涂层和CN101469399公开的Fe-Er金属过渡层和Er₂O₃涂层。其提高了涂层可靠性的同时，降低了制备成本。

鉴于以上内容，有必要提供一种与基体结合良好、制备工艺简单、成本低廉的复合梯度阻氢涂层材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层Cr₂O₃/Al₂O₃复合梯度阻氢涂层及其制备方法。采用金属-有机化学气相沉积技术制备Cr₂O₃-Al₂O₃多层复合梯度阻氢涂层，该复合梯度涂层能有效降低H₂在不锈钢的渗透率，从而很好的达到阻氢渗透的目的。

一种Cr₂O₃和Al₂O₃复合梯度阻氢涂层，该复合涂层由Cr₂O₃和Al₂O₃组成，包覆在不锈钢上。

优选的，Cr₂O₃/Al₂O₃复合涂层为Cr₂O₃涂层和Al₂O₃涂层交替结构，总层数大于等于4层；最内层为Cr₂O₃涂层，最外层为Al₂O₃涂层。