一种高熵复合氧化物阻氢涂层及其制备方法

本发明涉及阻氢涂层，具体是一种高熵复合氧化物阻氢涂层及其制备方法。

背景技术：

1、在聚变堆涉核反应过程中，为防止氢及其同位素从增殖剂及管道中向外扩散，保障液态包层系统及冷却剂中安全氚水平，需要在相应管道及部件表面构筑阻氢涂层。现有涂层材料主要包括金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物等，但是，如何改善单一氧化物涂层在辐照、高温等严酷条件下与基体结合力不强、热膨胀系数不匹配等问题，是目前面临的难题。高熵陶瓷通过高温下合成、经过快速冷却后获得亚稳态，具有缓慢扩散效应，能够在宽温区范围内保持稳定，并具备低热导率及高强度。因此，将具有高效阻氢能力的多种氧化物型材料通过混合制备成高熵陶瓷阻氢涂层，将有效改善样品在极端条件下的阻氢能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高熵复合氧化物阻氢涂层及其制备方法，以阻氢能力优异的氧化铝为主体，保证涂层具备高阻氢能力，同时加入多种同样具有一定阻氢能力的y、er、zr、ti的氧化物，再加入fe、cr有助于提升涂层与fecral钢基体的结合性。通过溶胶凝胶方法，将多种金属元素在原子级别均匀混合，并得到高活性前驱粉体，通过调浆、喷涂及高温烧结后，迅速降温，实现在fecral钢表面高熵陶瓷涂层的制备。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明一方面公开了一种高熵复合氧化物阻氢涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将金属盐通过溶胶凝胶法制得干凝胶；

5、s2、于200-600℃条件下，将所述干凝胶预烧结，研磨得到前驱体粉体；

6、s3、将所述前驱体粉体充分溶于溶剂，得到固含量为30-60％的浆料，并高压喷涂于金属样件表面；

7、s4、于600-850℃条件下，将喷涂后的金属样件高温烧结并迅速冷却，即得附着于金属样件表面的阻氢涂层；

8、由于氧化铝阻氢能力远高于其他金属氧化物，因此设定在该金属盐中al元素的摩尔数占全部金属盐中金属元素总摩尔数的50-70％，对于其他金属氧化物来说，y、er、zr、ti的氧化物同样具有阻氢能力，而fe、cr则有助于提升涂层与fecral钢基体的结合性。

9、所述金属盐为al、y、cr、fe、er、zr和ti的可水解盐中的至少一种；其中，al元素的摩尔数占全部金属盐中金属元素总摩尔数的50-70％。

10、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述al、y、cr、fe、er、zr的可水解盐包括硝酸盐、醋酸盐、铵盐中的至少一种。

11、作为本发明进一步的方案：所述ti的可水解盐为钛酸正丁酯。

12、作为本发明进一步的方案：所述溶剂为去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、丙醇、乙二醇、丁醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的至少一种。

13、作为本发明进一步的方案：所述阻氢涂层的厚度为0.1-100μm。

14、作为本发明进一步的方案：所述干凝胶的制备方法具体如下：

15、将金属盐溶于去离子水，并按照所述金属盐的0.8-1.5倍摩尔数加入络合剂，再调节ph值至5.5-6.5，于50-90℃下搅拌至粘稠溶胶状后，置于烘箱烘干，即得干凝胶。

16、作为本发明进一步的方案：所述络合剂为柠檬酸、乙二胺四乙酸、聚乙烯醇中的至少一种。

17、作为本发明进一步的方案：所述金属样件的材质为fecral钢。

18、本发明另一方面公开了如上述任一项所述的制备方法所制得的高熵复合氧化物阻氢涂层。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、本发明制备除了一种高熵复合氧化物陶瓷阻氢涂层，通过高度无序的多组分系统，展现出对具有简单晶体结构的单相固相的择优，缓慢的动力学，晶格畸变和及其一系列其他性能，可改善当前单一氧化物涂层与基体结合力不强、热膨胀系数不匹配等一些列问题。因此，在al2o3基涂层基础上设计一种多组分高熵氧化物陶瓷，并实现其低成本、简易制备具有重要意义。

21、本发明充分利用里现有al2o3基涂层的优异阻氢效果，通过混入y-cr-fe-er-zr-ti等元素，借助溶胶凝胶方法实现在相对较低的温度进行充分焙烧并迅速冷却，以实现高熵陶瓷的低温合成，具备成本低，操作简单，阻氢效果优异等特点。

技术特征：

1.一种高熵复合氧化物阻氢涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述al、y、cr、fe、er、zr的可水解盐包括硝酸盐、醋酸盐、铵盐中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述ti的可水解盐为钛酸正丁酯。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为去离子水、乙醇、丙酮、异丙醇、丙醇、乙二醇、丁醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述阻氢涂层的厚度为0.1-100μm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干凝胶的制备方法具体如下：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂为柠檬酸、乙二胺四乙酸、聚乙烯醇中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属样件的材质为fecral钢。

9.一种高熵复合氧化物阻氢涂层，其采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法所制得。

技术总结
本发明公开了一种高熵复合氧化物阻氢涂层的制备方法，包括以下步骤：S1、将金属盐通过溶胶凝胶法制得干凝胶；S2、于200‑600℃条件下，将所述干凝胶预烧结，研磨得到前驱体粉体；S3、将所述前驱体粉体充分溶于溶剂，并高压喷涂于金属样件表面；S4、于600‑850℃条件下，将喷涂后的金属样件高温烧结并迅速冷却，即得附着于金属样件表面的阻氢涂层；本发明充分利用里现有Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;基涂层的优异阻氢效果，通过混入Y‑Cr‑Fe‑Er‑Zr‑Ti等元素，借助溶胶凝胶方法实现在相对较低的温度进行充分焙烧并迅速冷却，以实现高熵陶瓷的低温合成，具备成本低，操作简单，阻氢效果优异等特点。

技术研发人员：张临超,杨俊峰,谢卓明,刘瑞,王先平
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11