[发明专利]一种Y2O3/Al2O3复合梯度阻氢涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Y₂O₃/Al₂O₃复合梯度阻氢涂层及其制备方法，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Y₂O₃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作为过渡层。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。

发明内容

鉴于以上内容，为克服上述Y₂O₃、Al₂O₃两种涂层的缺点，本发明采用氧化铝涂层作为过渡涂层，氧化钇涂层作为阻氢涂层，制备复合梯度阻氢涂层，从而提高阻氢性能，提供了一种与基体结合良好、制备工艺简单、成本低廉的多层复合梯度阻氢涂层材料。

一种多层Y₂O₃/Al₂O₃复合梯度阻氢涂层，该复合梯度阻氢涂层由不锈钢管和施加在不锈钢管内表面的Y₂O₃/Al₂O₃复合涂层构成。

优选的，Y₂O₃/Al₂O₃复合涂层材料为Y₂O₃和Al₂O₃；Y₂O₃/Al₂O₃复合涂层为Y₂O₃涂层和Al₂O₃涂层交替结构，总层数大于等于4层。

Y₂O₃/Al₂O₃复合涂层的最内层为Al₂O₃涂层，最外层为Y₂O₃涂层。

优选的，Y₂O₃/Al₂O₃复合涂层的厚度在0.1～20μm之间。

优选的，所述不锈钢管为奥氏体不锈钢或马氏体不锈钢。

Y₂O₃涂层与Al₂O₃涂层的厚度可以相同或不同，主要与各涂层的制备工艺有关；优选的，多个Y₂O₃涂层的厚度相同或接近，多个Al₂O₃涂层的厚度相同或接近。