CN113046695A - 一种钇/氧化钇复合阻氢涂层 - Google Patents

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李世杰
于庆河
米菁
杜淼
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Abstract

本发明公开了一种钇/氧化钇复合阻氢涂层，该阻氢涂层为形成在金属基体上的组成为x Y‑(1‑x)Y2O3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，通过同时溅射钇靶和氧化钇靶而获得所述阻氢涂层。本发明的钇/氧化钇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；较金属钇层热膨胀系数更低，降低了与表层氧化钇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；在表面氧化钇薄膜破损情况下，可原位生成新的氧化钇膜层。

Description

一种钇/氧化钇复合阻氢涂层
技术领域
本发明涉及一种钇/氧化钇复合阻氢涂层，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、Y2O3等。其中，Y2O3以其优异的阻氢渗透性能成为一种理想的涂层材料。虽然Y2O3涂层具有优异的阻氢渗透性能，但是Y2O3涂层操作过程可能发生剐蹭剥落，另外，Y2O3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。因此，有必要针对Y2O3涂层进行改良，以提高涂层在实际使用过程中的应用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钇/氧化钇复合阻氢涂层，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：
一种钇/氧化钇复合阻氢涂层，该阻氢涂层为形成在金属基体上的组成为xY-(1-x)Y2O3的单层涂层，其中0＜x＜1。
优选地，xY-(1-x)Y2O3中0.1≤x≤0.3。
在本发明中，所述金属基体材质为奥氏体不锈钢或马氏体不锈钢。
优选地，所述阻氢涂层的厚度为30纳米至5微米。更优选地，所述阻氢涂层的厚度为50纳米至500纳米。
在本发明中，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，通过同时溅射钇靶和氧化钇靶而获得所述阻氢涂层。
与现有技术相比，本发明的钇/氧化钇复合阻氢涂层的优点是：
1、本发明的钇/氧化钇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、本发明的钇/氧化钇复合阻氢涂层较金属钇层热膨胀系数更低，降低了与表层氧化钇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、本发明的钇/氧化钇复合阻氢涂层具备自修复性能，在表面氧化钇薄膜破损情况下，可原位生成新的氧化钇膜层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于以下实施例。
实施例1
在316不锈钢上沉积钇/氧化钇复合涂层。分别采用金属钇靶、氧化钇靶材，钇靶采用直流电源供电，氧化钇靶采用射频电源供电，Ar作为起辉气体。当背底真空优于2×10-4Pa后，在溅射室中用Ar等离子体轰击清洗15分钟。通过同时溅射钇靶和氧化钇靶获得钇/氧化钇复合薄膜，溅射腔气压为0.8Pa，靶基距为90mm，钇溅射功率为150W，氧化钇的溅射功率为80W，沉积时间为2小时。
所得钇/氧化钇复合涂层厚度350纳米，涂层中钇含量为68at％，经室温至500℃冷热冲击15次，复合涂层无剥落现象，涂层在600℃阻氢因子可达200-300，保持氢渗透阻挡性能稳定时间200小时以上。
实施例2
在304不锈钢上沉积钇/氧化钇复合涂层。分别采用金属钇靶、氧化钇靶材，钇靶采用直流电源供电，氧化钇靶采用射频电源供电，Ar作为起辉气体。当背底真空优于2×10-4Pa后，在溅射室中用Ar等离子体轰击清洗15分钟。通过同时溅射钇靶和氧化钇靶获得钇/氧化钇复合薄膜，溅射腔气压为0.9Pa，靶基距为100mm，钇溅射功率为50W，氧化钇的溅射功率为150W，沉积时间为2小时。
所得钇/氧化钇复合涂层厚度250纳米，涂层中钇含量为37at％，经室温至500℃冷热冲击20次，复合涂层无剥落现象，涂层在600℃阻氢因子可达250-300，保持氢渗透阻挡性能稳定时间300小时以上。
实施例3
在CLAM马氏体不锈钢上沉积钇/氧化钇复合涂层。分别采用金属钇靶、氧化钇靶材，钇靶采用直流电源供电，氧化钇靶采用射频电源供电，Ar作为起辉气体。当背底真空优于2×10-4pa后，在溅射室中用Ar等离子体轰击清洗15分钟。通过同时溅射钇靶和氧化钇靶获得钇/氧化钇复合薄膜，溅射腔气压为0.8Pa，靶基距为100mm，钇溅射功率为25W，氧化钇的溅射功率为150W，沉积时间为3小时。
所得钇/氧化钇复合涂层厚度120纳米，涂层中钇含量为28at％，经室温至500℃冷热冲击50次，复合涂层无剥落现象，涂层在600℃阻氢因子可达500-1000，保持氢渗透阻挡性能稳定时间500小时以上。

Claims (7)

1.一种钇/氧化钇复合阻氢涂层，其特征在于，该阻氢涂层为形成在金属基体上的组成为x Y-(1-x)Y2O3的单层涂层，其中0＜x＜1。
2.根据权利要求1所述的钇/氧化钇复合阻氢涂层，其特征在于，0.1≤x≤0.3。
3.根据权利要求1所述的钇/氧化钇复合阻氢涂层，其特征在于，所述金属基体材质为奥氏体不锈钢或马氏体不锈钢。
4.根据权利要求1所述的钇/氧化钇复合阻氢涂层，其特征在于，所述阻氢涂层的厚度为30纳米至5微米。
5.根据权利要求4所述的钇/氧化钇复合阻氢涂层，其特征在于，所述阻氢涂层的厚度为50纳米至500纳米。
6.根据权利要求1所述的钇/氧化钇复合阻氢涂层，其特征在于，采用物理气相沉积法制备。
7.根据权利要求6所述的钇/氧化钇复合阻氢涂层，其特征在于，采用磁控溅射法制备，通过同时溅射钇靶和氧化钇靶而获得所述阻氢涂层。
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