復(fù)合梯度阻氫涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層及其制備方法，該涂層可應(yīng)用于高溫真空集熱管的阻氫滲透。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能集熱管中載熱流體的老化會(huì)產(chǎn)生游離的氫，氫借助滲透作用穿過(guò)中央管，到達(dá)中央管和套管之間的真空環(huán)形空間，造成環(huán)形空間壓強(qiáng)的升高，進(jìn)而導(dǎo)致集熱管熱損失的增大。為保證管間環(huán)形隙的真空，必須采取相應(yīng)的措施降低真空環(huán)形空間的氫氣量。為此，研究人員提出了采用阻氫涂層阻止氫滲透，從而有效控制集熱管真空環(huán)形空間的壓強(qiáng)，減少集熱管的熱損耗。
[0003]最早出現(xiàn)的阻氫涂層是CN1971168公開(kāi)的采用Y2O3作為阻氫材料，可以很大程度的阻止氫的滲透，使吸收管具有更少的熱損失。但該類(lèi)阻氫材料其熱膨脹系數(shù)與基體存在較大失配，受到一定熱沖擊后，涂層與基體間產(chǎn)生較大熱應(yīng)力，導(dǎo)致涂層與基體分離，嚴(yán)重影響涂層的阻氫性能，為解決上述問(wèn)題研究人員尋找其它與基體結(jié)合良好、熱膨脹系數(shù)適配小的阻氫涂層作為過(guò)渡層。Al2O3由于其結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)與基體較為匹配，在制備過(guò)程中能夠形成a -Al2O3，對(duì)涂層性能有很大幫助，其絕緣電阻率比較高，阻氫性能經(jīng)驗(yàn)證也比較好，成為阻氫涂層中最常規(guī)的材料。而Cr2O3本身熱膨脹系數(shù)與奧氏體不銹鋼基體最為匹配，但其阻氫性能不如Α1203。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種與基體結(jié)合良好、制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的復(fù)合梯度阻氫涂層材料。為了克服上述Y203、Al203、Cr203三種涂層自身的缺點(diǎn)，本發(fā)明采用氧化鉻涂層作為過(guò)渡涂層，氧化鋁和氧化釔涂層作為阻氫涂層，制備多層復(fù)合梯度阻氫涂層，從而提尚阻氣性能。
[0005]—種多層Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層，該復(fù)合梯度阻氫涂層由不銹鋼管和施加在不銹鋼管內(nèi)表面的Y203/Al203/Cr203復(fù)合涂層構(gòu)成。
[0006]優(yōu)選的，Y203/Al203/Cr203復(fù)合涂層的材料為Y 203、A1203和 Cr 203，由 Y2O3涂層、Al 203涂層和Cr2O3涂層組成，總層數(shù)3層。Y 203/Al203/Cr203復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)中，最內(nèi)層為Cr 203涂層，中間層為Al2O3涂層，最外層為Y 203涂層。
[0007]優(yōu)選的，Y203/Al203/Cr203復(fù)合涂層的總厚度在0.1?20 μ m之間。其中，Cr 203涂層厚度約為30nm?3 μπι ;Α1203涂層厚度約為50nm?12 μπι ;Y 203涂層厚度約為20nm?
5μ m0
[0008]優(yōu)選的，所述不銹鋼管為奧氏體不銹鋼或馬氏體不銹鋼。
[0009]本發(fā)明還提供了上述Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層在高溫真空集熱管中的應(yīng)用，即上述不銹鋼管為高溫真空集熱管的不銹鋼中央管；在高溫真空集熱管的不銹鋼中央管的內(nèi)表面施加Y203/Al203/Cr203復(fù)合涂層。所述高溫真空集熱管由外壁具有光譜選擇性吸收涂層的不銹鋼中央管和外層玻璃套管組成。
[0010]本發(fā)明針對(duì)目前高溫真空集熱管內(nèi)表面難以制備高性能、均勻穩(wěn)定的阻氫涂層，提供了一種比較簡(jiǎn)單的Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層及其制備方法，即在高溫真空集熱管內(nèi)表面首次采用三個(gè)蒸發(fā)源分層制備Y203/Al203/Cr203多層復(fù)合梯度阻氫涂層。
[0011]本發(fā)明采用金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在高溫真空集熱管內(nèi)表面制備Y2O3/Al2O3ZiCr2O3多層復(fù)合梯度阻氫涂層，該復(fù)合梯度涂層能有效降低H2在不銹鋼的滲透率，從而很好的達(dá)到阻氫滲透的目的。
[0012]—種Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層的制備方法，包括如下步驟:
[0013](I)將高溫真空集熱管不銹鋼管內(nèi)表面拋光至粗糙度為0.1?2 μπι ;
[0014](2)采用金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在不銹鋼管內(nèi)表面制備Cr2O3涂層；
[0015](3)采用金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在不銹鋼管內(nèi)表面的Cr2O3涂層上制備Al2O3涂層；
[0016](4)采用金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在不銹鋼管內(nèi)表面的Al2O3涂層上制備Y2O3涂層；
[0017](5)最終獲得厚度約為0.1-20 μ m的多層Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層。
[0018]Y203/Al203/Cr203復(fù)合涂層中，Cr 203涂層厚度約為30nm?3 μ m ;A1 203涂層厚度約為50nm?12 μ m ;Y203涂層厚度約為20nm?5 μ m。
[0019]制備Cr2O3涂層和Al 203涂層的具體工藝參數(shù)為:反應(yīng)源溫度為50_200°C ;載氣流量為40-500ml/min，載氣為氫氣。
[0020]制備Y2O3涂層的具體工藝參數(shù)為:反應(yīng)源溫度為50-200°C;載氣流量為10-300ml/min，載氣為氫氣。
[0021]本發(fā)明的原理是成長(zhǎng)薄膜時(shí)，主要將載流氣體通過(guò)有機(jī)金屬反應(yīng)源的容器時(shí)，將反應(yīng)源的飽和蒸氣帶至反應(yīng)腔中與其它反應(yīng)氣體混合，然后在被加熱的基板上面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)促成薄膜的成長(zhǎng)。
[0022]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)成果相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性成果:首次在高溫真空集熱管內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)氧化釔、氧化鋁和氧化鉻混合梯度阻氫涂層的制備，而且該方法形成的Y2O3/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層具有厚度可控，致密性高，成分較為均勻和阻氫性能優(yōu)異的特點(diǎn)。
[0023]本發(fā)明Y203/Al203/Cr203復(fù)合涂層由金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積法制備，通過(guò)先后沉積氧化鉻、氧化鋁和氧化釔涂層，獲得厚度約為0.1?20 μ m多層Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層；該阻氫涂層可用于不銹鋼結(jié)構(gòu)件的氫滲透阻擋，特別是太陽(yáng)能高溫真空集熱管內(nèi)管不銹鋼管的氫滲透阻擋。而且該阻氫涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高、制備工藝簡(jiǎn)單且成本低廉，阻氫性能提高300倍以上。
[0024]下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是涂有多層Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層的高溫真空集熱管結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，為涂有Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層的高溫真空集熱管結(jié)構(gòu)示意圖，從內(nèi)到外為氧化釔涂層1、氧化鋁涂層2、氧化鉻涂層3、不銹鋼管4、吸熱涂層5、真空區(qū)域6和外玻管7。其中，Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層由高溫真空集熱管的不銹鋼管4、氧化鉻涂層3、氧化鋁涂層2和氧化釔涂層I復(fù)合而成。高溫真空集熱管主要由外壁具有光譜選擇性吸收涂層的不銹鋼中央管和外層玻璃套管組成，不銹鋼管和外玻管之間形成環(huán)形真空。不銹鋼管為奧氏體不銹鋼或馬氏體不銹鋼。
[0027]實(shí)施例1
[0028]制備厚度為3.5 μ m的高溫真空集熱管用Y203/Al203/Cr203復(fù)合梯度阻氫涂層:
[0029](I)將不銹鋼管內(nèi)表面拋光至粗糙度Iym;
[0030](2)采用金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在高溫真空集熱管內(nèi)表面制備Cr2O3涂層；具體工藝參數(shù)為:反應(yīng)源溫度12