[发明专利]一种金属氢化物表面复合阻氢渗透层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金属氢化物表面复合阻氢渗透层及其制备方法。通过浸渍提拉法在金属氢化物表面制备有机硅溶胶或掺杂改性有机硅溶胶涂层，涂敷有机硅溶胶涂层的金属氢化物基体经50～250℃分段恒温干燥后，密封于带抽真空管和通气管的反应容器中，将反应容器封置于控温式加热炉中，通入含有碳氧、氮氧或碳氮氧的混合气体，于300～850℃分段恒温烧结，控温冷却或随炉冷却后，即在金属氢化物基体表面制得由有机硅溶胶烧结层外层和含氮氧、含碳氧或含碳氮氧的原位反应层内层构成的复合阻氢渗透层。该复合阻氢渗透层致密、连续，与金属氢化物基体结合紧密，对金属氢化物基体起到阻氢渗透作用。

技术领域

本发明属于金属氢化物表面阻氢渗透层技术领域，特别涉及一种金属氢化物表面复合阻氢渗透层及其制备方法。

背景技术

金属氢化物具有储氢和固定氢的作用，常作为储氢材料，但在一定温度下会因为热力学平衡原因导致氢从金属氢化物中释放，从而降低金属氢化物氢含量，保证氢含量不降低或使降低速度很低的常见方法是在金属氢化物表面制备阻氢渗透涂层。

目前见诸报道的阻氢渗透陶瓷材料主要有氧化物、碳化物以及其它金属基陶瓷材料；其中常见的氧化物材料有Al₂O₃、Cr₂O₃、ZrO₂、Er₂O₃、SiO₂、Y₂O₃等；碳化物材料有TiC、SiC；其它金属基陶瓷涂层有ZrN、CrN、Si₃N₂等。关于陶瓷涂层阻氢机理的分析在于一方面如Al、Zr等金属原子活性高，能夺取其它原子结合的氧原子从而达到自修复功能；另一方面在于陶瓷涂层中存在的C、O、N等间隙元素对基体中H的捕获作用。

大多阻氢渗透涂层研究针对不锈钢开展，比如在奥氏体不锈钢Cr18Ni10Ti表面渗铝并氧化可以获得Al₂O₃阻氢层，离子束辅助沉积和溅射沉积加离子注入方法在316L不锈钢表面制备SiC薄膜，离子体增强化学气相沉积法在不锈钢上面制备Al薄膜并氧化成Al₂O₃复合薄膜，物理气相沉积方法在316L不锈钢表面制备TiN+TiC+TiN、TiN+TiC+SiO₂复合膜。但上述膜层主要是覆在基体表面，存在层间缺陷、层间结合不紧密等问题，容易剥落。

另外，氢化锆等金属氢化物表面制备阻氢层，要考虑氢化物基体脆性高容易产生微裂纹、制备阻氢层过程防止氢损失、制备方法适合结构复杂性使用要求，这三点是与不锈钢基体有本质区别的，因此上述在不锈钢基体上制备阻氢膜的方法基本不适合金属氢化物。

在这方面，专利CN101134679A公开了一种含氧气氛中直接在金属氢化物基体表面原位生成氧化锆阻氢渗透层的技术，在方法上取得了突破，取得了一定阻氢渗透效果，但原位反应阻氢渗透层存在裂纹、孔洞等缺陷。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种金属氢化物表面复合阻氢渗透层及其制备方法。

对于金属氢化物表面的阻氢渗透层，增加膜层的连续性、致密性，降低膜层裂纹及孔洞缺陷，增加膜层厚度，是进一步提高阻氢渗透层性能的方向之一；改善阻氢渗透层的化学元素构成，如加入氮、碳则是提高膜层材料本征阻氢性能，进一步提高阻氢渗透层性能的另一个方向。研究发现，用氧气或空气作为氧源进行原位氧化时，氧化物层在紧贴氢化锆的界面处存在一层薄而连续的致密层，这是原位氧化具有良好阻氢性能的原因；但是如图2所示，在氧化层的外表面缺陷较多，更趋于生成疏松、易脱落的二氧化锆；利用二氧化碳替代氧气时，原位反应生成致密氧化锆膜的趋势增强。根据此研究结果可以进一步得出推论：氧源的氧势越高，越容易生成疏松氧化锆；氧势越低，越容易生成致密氧化锆层。