阻氢复合涂层、阻氢复合板和阻氢复合板的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种阻氢复合涂层，包括Ti过渡层和复合于所述Ti过渡层表面的TiC/a

【技术实现步骤摘要】
阻氢复合涂层、阻氢复合板和阻氢复合板的制备方法


[0001]本专利技术涉及复合涂层
，尤其涉及一种阻氢复合涂层、阻氢复合板和阻氢复合板的制备方法。

技术介绍

[0002]氢燃料电池发动机的氢气管路、阀门、双极板等部件的临氢端工作于富氢乃至纯氢气环境下，在该环境下，氢借助渗透作用进入部件中的金属材料中后会产生严重的氢脆现象，导致部件在使用过程中可能产生断裂，造成严重的事故，为此研究人员提出采用阻氢涂层阻止氢渗透，从而有效控制氢燃料发动机的临氢部件的氢脆损伤，提高部件使用寿命，避免事故的发生。
[0003]常见的阻氢涂层可分为三类：氧化物涂层、非氧化物涂层和复合涂层。公开号为CN105667009B的中国专利公开了一种Y2O3/Al2O3/Cr2O3复合梯度阻氢涂层及其制备方法，该阻氢涂层可用于不锈钢结构件的氢渗透阻挡，特别是太阳能高温真空集热管内管不锈钢管的氢渗透阻挡。但该类阻氢涂层机械性能较差，特别是金属与氧化物涂层之间的线性热膨胀系数较大，存在明显的热失配，在外加载荷作用下极易导致涂层的剥落，同时耐腐蚀性能较差。
[0004]因此，上述阻氢涂层存在着机械性能差、硬度低、受到外加载荷后容易划伤、脱落的问题；并且采用CVD技术制备的涂层，结构缺陷多，致密度差。因此，一种具有优异阻氢性能的同时，还具有高硬度、耐摩擦、腐蚀性能优异的阻氢复合涂层具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题在于提供一种阻氢复合涂层，本申请提供的阻氢复合涂层具有优异阻氢性能的同时，还具有优异表面防护性能。
[0006]有鉴于此，本申请提供了一种阻氢复合涂层，包括Ti过渡层和复合于所述Ti过渡层表面的TiC/a
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C：H纳米涂层。
[0007]优选的，所述TiC/a
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C：H纳米涂层中，Ti含量不同，所述Ti含量为5at.％～45at.％。
[0008]优选的，所述Ti过渡层的厚度为100～1000nm，所述TiC/a
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C：H纳米涂层的厚度为200～400nm。
[0009]优选的，所述阻氢复合涂层的总厚度为400nm～5μm。
[0010]本申请还提供了一种阻氢复合板，包括基体和复合于所述基体表面的阻氢复合涂层，所述阻氢复合涂层为所述的阻氢复合涂层。
[0011]本申请还提供了一种阻氢复合板的制备方法，包括以下步骤：
[0012]将基体进行预处理，得到预处理后的基体；
[0013]在所述预处理后的基体表面采用磁过滤真空阴极弧法依次沉积Ti过渡层和TiC/a
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C：H纳米涂层。
[0014]优选的，所述基体选自不锈钢、金属铁、镍/钛复合材料、合金材料、陶瓷材料和高分子聚合物中的一种或多种。
[0015]优选的，所述预处理包括依次进行的清洗、抛光和磁过滤真空阴极弧法溅射清洗；所述磁过滤真空阴极弧法溅射清洗中，负偏压为400V～800V；弯管电流为1～5A。
[0016]优选的，所述磁过滤真空阴极弧法沉积的过程中，负偏压为
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100～
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300V，弯管电流为1～5A。
[0017]优选的，所述TiC/a
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C：H纳米涂层的沉积步骤具体包括：
[0018]在磁过滤真空阴极弧设备中通入工作气体C2H2，控制气流量在2～5min内逐步增加至20～50sccm，维持20～50min。
[0019]本申请提供了一种阻氢复合涂层，其包括Ti过渡层和复合于所述Ti过渡层表面的TiC/a
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C：H纳米涂层。本申请提供的复合涂层通过+引入Ti过渡层和TiC/a
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C：H纳米涂层，而得到了纳米晶/非晶复合结构，使得阻氢复合涂层具有优异阻氢性能的同时，还具有优异表面防护性能。
[0020]进一步的，本申请还提供阻氢复合板的制备方法，其通过复合涂层各层的选择以及磁过滤真空阴极弧法的结合，通过离子率近100％的等离子体沉积，避免了常规PVD沉积过程中难以抑制的微颗粒缺陷，同时高密度的离子束轰击作用能够显著提高涂层的致密度，减少涂层中的微缺陷，进一步提高了阻氢复合涂层的阻氢性能和防护性能。
附图说明
[0021]图1为本专利技术阻氢复合涂层的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术磁过滤真空阴极弧设备装置图。
具体实施方式
[0023]为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。
[0024]鉴于现有技术中阻氢涂层机械性能差、硬度低，受到外加载荷后容易划伤、脱落的问题，本申请提供了一种阻氢复合涂层，其利用阻氢涂层和基体材料之间氢渗透性能的巨大差异，进一步通过磁过滤阴极弧沉积技术在金属基体的临氢表面制备了复合涂层来抑制、减缓氢及其同位素的扩散，避免了设备过早失效。具体的，本专利技术实施例公开了一种阻氢复合涂层，包括Ti过渡层和复合于所述Ti过渡层表面的TiC/a
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C：H纳米涂层。
[0025]本申请提供的阻氢复合涂层，包括Ti过渡层和包括Ti过渡层和复合于所述Ti过渡层表面的TiC/a
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C：H纳米涂层，其中所述TiC/a
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C：H纳米涂层中Ti含量不同，具体的，所述Ti含量为5at.％～45at.％。
[0026]在本申请中，所述Ti过渡层的厚度为100～1000nm，具体的，所述Ti过渡层的厚度为300～800nm；所述TiC/a
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C：H纳米涂层的厚度为200～400nm，具体的，所述TiC/a
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C：H纳米涂层的厚度为250～350nm。所述阻氢复合涂层的厚度为400nm～5μm，具体的，所述阻氢复合涂层的厚度为1～4μm。
[0027]本申请还提供了一种阻氢复合板，其包括基体和复合于所述基体表面的阻氢复合
涂层，所述阻氢复合涂层为上述方案所述的阻氢复合涂层，
[0028]在本申请所述阻氢复合板中，所述基体为本领域是技术人员熟知的基体材料，本申请不进行特别的限制，在具体实施例中，所述基体具体可选自不锈钢材料。
[0029]进一步的，本申请还提供了一种阻氢复合板的制备方法，包括以下步骤：
[0030]将基体进行预处理，得到预处理后的基体；
[0031]在所述预处理后的基体表面采用磁过滤真空阴极弧法依次沉积Ti过渡层和TiC/a
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C：H纳米涂层。
[0032]本申请阻氢复合板，尤其是其中的Ti基过渡层和TiC/a
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C：H纳米涂层采用磁过滤真空阴极弧法依次沉积，所述磁过滤真空阴极弧法采用的设备具体在图2中进行，所述磁过滤真空阴极弧法通过在等离子体传输过程添加磁过滤器有效地消除了阴极弧放电过程产生的大颗粒和中性粒子，等离子体在90...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻氢复合涂层，包括Ti过渡层和复合于所述Ti过渡层表面的TiC/a
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C：H纳米涂层。2.根据权利要求1所述的阻氢复合涂层，其特征在于，所述TiC/a
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C：H纳米涂层中，Ti含量不同，所述Ti含量为5at.％～45at.％。3.根据权利要求1所述的阻氢复合涂层，其特征在于，所述Ti过渡层的厚度为100～1000nm，所述TiC/a
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C：H纳米涂层的厚度为200～400nm。4.根据权利要求3所述的阻氢复合涂层，其特征在于，所述阻氢复合涂层的总厚度为400nm～5μm。5.一种阻氢复合板，包括基体和复合于所述基体表面的阻氢复合涂层，所述阻氢复合涂层为权利要求1～4任一项所述的阻氢复合涂层。6.一种阻氢复合板的制备方法，包括以下步骤：将基体进行预处理，得到预处理后的基体；在所述预处理后的基体表面采用磁过滤真空阴极弧法依次沉积Ti过渡层和T...

【专利技术属性】
技术研发人员：华青松，王浩琦，
申请(专利权)人：北京海盈清能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：