本發(fā)明屬于輸氫管道阻氫，具體涉及一種基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
1、氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是氫能利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前，主要的氫能運(yùn)輸方式包括長(zhǎng)管拖車(chē)氣態(tài)運(yùn)輸，管道輸送，固態(tài)輸送及液氫輸送等方法。其中，管道輸送是最安全、高效、經(jīng)濟(jì)的方法。氫具有很強(qiáng)的滲透能力，可以快速滲透幾乎所有的金屬材料并引起氫脆，導(dǎo)致材料在遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)應(yīng)變的條件下發(fā)生不可預(yù)測(cè)的脆性斷裂，對(duì)人的生命安全、財(cái)產(chǎn)安全、生態(tài)環(huán)境等帶來(lái)難以估量的事故危害。故針對(duì)現(xiàn)有的管道鋼材料氫滲透速率高，易發(fā)生氫脆的現(xiàn)狀，對(duì)其表面覆蓋阻氫陶瓷涂層，解決氫滲透及氫脆問(wèn)題有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2、目前，抗氫脆及阻氫涂層的開(kāi)發(fā)尚處于起步階段，輸氫管道解決氫脆的方法是利用低鋼級(jí)管道鋼替代高鋼級(jí)管道鋼進(jìn)行小口徑、小壓力輸送，無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)大量氫氣輸送及使用的需求。因此，針對(duì)高鋼級(jí)管道鋼，尋求一種抗氫阻氫的方法至關(guān)重要。
3、本發(fā)明旨在開(kāi)發(fā)一種安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、阻氫性能優(yōu)異、界面結(jié)合緊密的阻氫涂層，改變傳統(tǒng)高鋼級(jí)管道鋼氫滲透速率高，氫脆敏感性高的問(wèn)題，并可以保障輸氫管道不發(fā)生氫脆斷裂，這樣不僅大大節(jié)約人力、物力和財(cái)力而且可以保障輸氫管道的服役安全。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法。本發(fā)明所提供的復(fù)合涂層的制備方法簡(jiǎn)單易行，制備成本低廉，制備出的復(fù)合阻氫涂層顆粒均勻，結(jié)構(gòu)致密，阻氫性能優(yōu)異、界面結(jié)合緊密，可由對(duì)多種材料改性并利用射頻磁控濺射制備得到。
2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下：
3、一種基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法，包括以下步驟：通過(guò)射頻磁控濺射的方法在輸氫管道基材表面制備sio2與α-al2o3復(fù)合阻氫涂層。
4、上述技術(shù)方案通過(guò)射頻磁控濺射的方法，在輸氫管道基材表面制備sio2與α-al2o3復(fù)合阻氫涂層，可以形成基體材料-sio2-α-al2o3的三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)。該方法制備得到的復(fù)合阻氫涂層顆粒均勻，結(jié)構(gòu)致密，阻氫性能優(yōu)異、界面結(jié)合緊密。
5、基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法具體包括以下步驟：
6、1)對(duì)待處理管道在制備涂層前進(jìn)行打磨拋光處理，隨后對(duì)管材使用丙酮和酒精進(jìn)行超聲清洗，然后進(jìn)行烘干處理；
7、2)在管材的基體材料上利用射頻磁控濺射方法制備sio2涂層；
8、3)在sio2涂層上利用射頻磁控濺射方法制備α-al2o3涂層。
9、具體的，射頻磁控濺射方法中：靶材選用純度為99.99％的si靶材和純度為99.99％的al靶材，起輝氣體為純度為99.99％的ar氣，反應(yīng)氣體為純度為99.99％的o2氣。
10、具體的，所述射頻磁控濺射方法中：射頻電源采用功率150～200w的sy型射頻功率源，真空度≥4*10-3pa，濺射功率50～160w，濺射氣壓為0.25～2pa，o2/ar氣混合比在1：10～1：5范圍內(nèi)，管材基體加熱溫度為400～600℃。
11、優(yōu)選的，所述步驟2)中：
12、在管材的基體材料上利用射頻磁控濺射方法制備sio2涂層，靶材選用純度為99.99％的si靶，起輝氣體為純度為99.99％的ar氣，反應(yīng)氣體為純度為99.99％的o2氣；
13、真空度≥4*10-3pa，濺射功率70～120w，濺射氣壓為0.25～1.5pa，o2/ar氣混合比在(1:10)～(1:5)范圍內(nèi)，管材基體加熱溫度為400～500℃；
14、sio2涂層的沉積率為150nm/h～253nm/h，制備的sio2厚度為50-122nm。
15、優(yōu)選的，所述步驟3)中：
16、在sio2涂層上利用射頻磁控濺射方法制備α-al2o3涂層，靶材選用純度為99.99％的al靶，起輝氣體為純度為99.99％的ar氣，反應(yīng)氣體為純度為99.99％的o2氣；
17、真空度≥4*10-3pa，濺射功率50～160w，濺射氣壓為1～2pa，o2/ar氣混合比在1:10)～(1:5)范圍內(nèi)，管材基體加熱溫度為500～600℃；
18、α-al2o3涂層的沉積率為89nm/h～140nm/h，制備的α-al2o3厚度為120-172nm。
19、具體的，所述輸氫管道選自x52碳素管道鋼、x65碳素管道鋼、x70碳素管道鋼、x80碳素管道鋼、304不銹鋼管道或316不銹鋼管道。
20、基于上述技術(shù)方案，可以在多種材料的輸氫管道上基于射頻磁控濺射形成sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層，具有較寬的應(yīng)用范圍。
21、本發(fā)明還提供了根據(jù)上述制備方法制備得到的輸氫管道。
22、具體的，管道的結(jié)構(gòu)包括基體材料、沉積在所述基體材料上的sio2層以及沉積在所述sio2層上的α-al2o3層。
23、具體的，復(fù)合阻氫涂層，結(jié)構(gòu)致密，基體材料與sio2，sio2與α-al2o3界面之間結(jié)合緊密，膜基結(jié)合力為8.5～16n。氫滲透激活能為146.2～177.9kj./mol，氫滲透壓力指數(shù)為0.73～0.91。
24、本發(fā)明的有益效果是：
25、本發(fā)明提供的基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法，制備方法簡(jiǎn)單易行，制備成本低廉。復(fù)合阻氫涂層結(jié)構(gòu)致密，基體材料與sio2，sio2與α-al2o3界面之間結(jié)合緊密，膜基結(jié)合力可達(dá)到8.5n以上。氫滲透激活能為146.2～177.9kj./mol，氫滲透壓力指數(shù)為0.73～0.91，可極大程度降低輸氫管道的氫滲透及氫脆問(wèn)題，保障輸氫管道的服役安全。
1.一種基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：通過(guò)射頻磁控濺射的方法在輸氫管道基材表面制備sio2與α-al2o3復(fù)合阻氫涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法，其特征在于，射頻磁控濺射方法中：靶材選用純度為99.99％的si靶材和純度為99.99％的al靶材，起輝氣體為純度為99.99％的ar氣，反應(yīng)氣體為純度為99.99％的o2氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法，其特征在于，所述射頻磁控濺射方法中：射頻電源采用功率150～200w的sy型射頻功率源，真空度≥4*10-3pa，濺射功率50～160w，濺射氣壓為0.25～2pa，o2/ar氣混合比在1：10～1：5范圍內(nèi)，管材基體加熱溫度為400～600℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中：
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的基于射頻磁控濺射的輸氫管道用sio2與al2o3復(fù)合阻氫涂層的制備方法，其特征在于：所述輸氫管道選自x52碳素管道鋼、x65碳素管道鋼、x70碳素管道鋼、x80碳素管道鋼、304不銹鋼管道或316不銹鋼管道。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的制備方法制備得到的輸氫管道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的輸氫管道，其特征在于：管道的結(jié)構(gòu)包括基體材料、沉積在所述基體材料上的sio2層以及沉積在所述sio2層上的α-al2o3層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的輸氫管道，其特征在于：膜基結(jié)合力為8.5～16n；氫滲透激活能為146.2～177.9kj./mol；氫滲透壓力指數(shù)為0.73～0.91。