[发明专利]一种铝/氧化铝复合阻氢涂层

说明书

本发明公开了一种铝/氧化铝复合阻氢涂层，该阻氢涂层为形成在金属基体上的组成为x Al‑(1‑x)Al₂O₃的单层涂层，其中0＜x＜1。所述金属基体材质为奥氏体不锈钢或马氏体不锈钢。该阻氢涂层采用物理气相沉积法制备，优选采用磁控溅射法制备，通过同时溅射铝靶和氧化铝靶而获得所述阻氢涂层。本发明的铝/氧化铝复合阻氢涂层与金属基体的结合为金属‑金属结合，其结合强度高；较金属铝层热膨胀系数更低，降低了与表层氧化铝薄膜之间的热膨胀失配，提高了阻氢涂层的抗冷热冲击性能；在表面氧化铝薄膜破损情况下，可原位生成新的氧化铝膜层。

技术领域

本发明涉及一种铝/氧化铝复合阻氢涂层，属无机膜材料及应用领域。

背景技术

不锈钢是涉氢领域常用的结构材料，氢在不锈钢中的扩散渗透已经成为不可忽视的问题，氢渗透会造成结构材料氢脆，降低材料使用寿命。为了提高不锈钢的阻氢渗透性能，可以在不锈钢表面制备一层具备阻氢渗透功能的涂层作为阻氢涂层。近些年来，具有阻氢渗透功能的陶瓷涂层受到普遍关注，例如Al₂O₃、ZrO₂、Cr₂O₃、Er₂O₃、SiC等。其中，Al₂O₃以其优异的阻氢渗透性能成为一种理想的涂层材料。虽然Al₂O₃涂层具有优异的阻氢渗透性能，但是Al₂O₃涂层操作过程可能发生剐蹭剥落，另外，Al₂O₃涂层在冷热循环过程也易开裂或剥落，进而降低其阻氢渗透性能。

为解决上述问题，CN101469409A、CN101265603A、CN101845645A公布了合金阻氢涂层及制备技术，在不锈钢基体上由包埋渗铝、热喷涂、热浸镀、物理气相沉积、化学气相沉积等制备Al或FeAl合金层，Al或FeAl合金层在自然氧化或高温氧化下表面会生成一层氧化铝薄膜，该氧化铝薄膜具备阻氢渗透功能。由于该技术方案采用了合金层，合金层对基体不锈钢为金属-金属结合，因此合金层对基体具有良好的结合性能。此外，该合金层还具备一定的自修复能力，当合金层表面氧化铝薄膜发生破裂或剥离，暴露的合金层表面会发生氧化生成新的氧化铝薄膜从而达到修复破损膜层的目的。但是，Al或FeAl合金与氧化铝的热膨胀系数差异大，表层氧化铝薄膜在冷热冲击下极易发生破裂而剥离，降低了其原有的阻氢渗透性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝/氧化铝复合阻氢涂层，提高阻氢涂层在冷热冲击下的结构稳定性，从而提高涂层使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝/氧化铝复合阻氢涂层，该阻氢涂层为形成在金属基体上的组成为x Al-(1-x)Al₂O₃的单层涂层，其中0＜x＜1。

其中，所述金属基体材质为奥氏体不锈钢或马氏体不锈钢。

其中，所述阻氢涂层采用物理气相沉积法制备；优选采用磁控溅射法制备，通过同时溅射铝靶和氧化铝靶而获得所述阻氢涂层。

与现有技术相比，本发明的铝/氧化铝复合阻氢涂层的优点是：

1、本发明的铝/氧化铝复合阻氢涂层与金属基体的结合为金属-金属结合，其结合强度高。

2、本发明的铝/氧化铝复合阻氢涂层较金属铝层热膨胀系数更低，降低了与表层氧化铝薄膜之间的热膨胀失配，提高了阻氢涂层的抗冷热冲击性能。

3、本发明的铝/氧化铝复合阻氢涂层具备自修复性能，在表面氧化铝薄膜破损情况下，可原位生成新的氧化铝膜层。

具体实施方式