[发明专利]一种氧化铒阻氢涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻氢涂层及其制备方法，特别是含有Er₂O₃的阻氢涂层及其制备方法。

背景技术

阻氢涂层材料通常应用于热核实验反应堆中，其作用是防氚渗透，例如保证液态包层系统中环境和冷却剂中的安全氚水平，防止氚从增殖剂中向冷却剂中、从管道中向环境中渗透。其结构通常包括基体和涂层材料等部分。针对阻氢及氢同位素涂层材料的设计要求，需要在如下几个方面满足系统运行需要：良好的绝缘电阻率、良好的阻氢性能以及涂层材料本身与基体之间的良好热膨胀匹配，从而在经历冷热循环的条件下，使得涂层具有良好的可靠性。

目前常用的基体材料是低活性马氏体钢，在其上制备的阻氢涂层材料中，Er₂O₃是一种比较理想的体系，在聚变堆液态包层等方面具有良好的应用前景。现有技术在制备Er₂O₃涂层时，采用的是在经过氧化热处理的Fe-Al过渡层上制备。这种方法的好处是：已经证实Fe-Al层本身是一种良好的韧性过渡层，与基体材料有良好的结合性能，同时经适当工艺热处理后表面可以形成Al₂O₃。Al₂O₃也是一种良好的阻氢材料，在上面制备Er₂O₃可以保证良好的阻氢性能。但不利的方面是：Er₂O₃生长在Al₂O₃上，这两种材料间没有类似Fe-Al层这样起到缓冲作用的过渡层以增加结合力、降低应力。

发明内容：

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种比较简单的制备Er₂O₃阻氢涂层及其制备方法，其可在钢基体与Er₂O₃涂层之间形成具有良好缓冲作用的应力释放区。

本发明的内容包括：一种氧化铒阻氢涂层，其包括依次布设的基体、Fe-Er金属过渡层和Er₂O₃涂层。

本发明的上述氧化铒阻氢涂层，其中该基体可以是低活化马氏体钢或奥氏体钢。

本发明的上述氧化铒阻氢涂层，其中该低活化马氏体钢可以是EuroFER97’、CLAM。

本发明的上述氧化铒阻氢涂层，其中该Fe-Er金属过渡层可以是具有面心立方结构的ErFe₂或Er₆Fe₂₃合金。

本发明的上述氧化铒阻氢涂层，其中该Fe-Er金属过渡层和Er₂O₃涂层总厚度不超过15μm。

另一方面，本发明还提供上述氧化铒阻氢涂层的制备方法，其步骤包括：

1.基体上以气相沉积法制备Fe-Er金属过渡层；

2.该金属过渡层上以气相沉积法制备组成Er₂O₃涂层。

本发明的上述氧化铒阻氢涂层的制备方法，其中该气相沉积法可以是物理气相沉积法或化学气相沉积法。

本发明的上述氧化铒阻氢涂层的制备方法，其中该制备Fe-Er金属过渡层的步骤可包括如下步骤：

以ErFe₂或Er₆Fe₂₃靶为溅射制备靶材；先预抽真空至10^-5～10^-3Pa；然后通入Ar气进行直流溅射，溅射电流为0.2-2A，溅射气压为0.1Pa～30Pa，加热温度为300～600℃，靶基距30-80mm。

本发明的上述氧化铒阻氢涂层的制备方法，其中该制备Fe-Er金属过渡层的步骤也可包括如下步骤：

以ErFe₂或Er₆Fe₂₃靶为溅射制备靶材；先预抽真空至10^-5～10^-3Pa；然后通入Ar气进行射频溅射，射频功率为50-400W，溅射气压为0.1Pa-30Pa，加热温度为300-600℃，靶基距30-80mm。

本发明的上述氧化铒阻氢涂层的制备方法，其中该制备Er₂O₃涂层的步骤可包括如下步骤：