热处理气氛对Sol-Gel法在ZrH_(1.8)表面制备氧化锆膜层的影响

采用溶胶凝胶技术,以正丙醇锆为前驱体,在氢化锆表面制备氧化锆防氢渗透层。研究了当热处理温度为600℃时,不同热处理气氛对溶胶凝胶法制备的氧化锆膜层的截面形貌、表面形貌、物相组成以及阻氢性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、X射线衍射仪(XRD)和涡流测厚仪分别测试了氧化锆膜层的截面形貌、表面形貌、相结构及厚度。利用真空脱氢实验对膜层的阻氢性能进行评估。研究结果表明,当热处理气氛中有氧存在时,可在氢化锆表面制得连续、致密的氧化锆膜层;而当热处理气氛中无氧存在时,所制备的氧化锆膜层不连续、均匀性差。热处理气氛中有氧时制备的氧化锆膜层的阻氢效果较无氧时要好,膜层厚度为10.1μm,渗透降低因子(PRF)值为8.4。而不同热处理气氛对氧化锆膜层的物相组成没有显著影响,膜层主要由单斜相氧化锆M-ZrO_2和四方相氧化锆TZrO_2组成,并以单斜相氧化锆M-ZrO_2为主。     

硅酸盐体系负向电压对氢化锆表面微弧氧化膜的影响

采用WHD-30型双向交流脉冲电源对氢化锆表面进行微弧氧化处理,研究了负向电压对氢化锆表面微弧氧化膜的厚度、表面形貌、截面形貌、相结构及阻氢性能的影响。实验选取电解液体系为Na2SiO3-NaOH-Na2EDTA体系,正向电压为350V,电源频率为200Hz,氧化时间为20min;氢化锆表面微弧氧化膜的阻氢性能采用真空脱氢实验进行测试。研究结果表明:负向电压在120~160V范围内变化时,氢化锆表面微弧氧化膜的厚度在30~90μm范围内,氧化膜的厚度随着负向电压的升高而增大。氧化膜外部为疏松层,存在孔洞和裂纹缺陷,氧化膜内部为致密层,与基体结合紧密,无孔洞和裂纹缺陷。氧化膜相结构由单斜相氧化锆(M-ZrO2)和四方相氧化锆(T-ZrO1.88)构成,并以单斜相氧化锆(M-ZrO2)为主。负向电压升高有利于增大氧化膜致密层的厚度,进而提高氧化膜的阻氢能力。当负向电压为160V时,氧化膜的阻氢能力最高,氢渗透降低因子(PRF,permeationreductionfactor)值达到10.4。     

溶剂种类对溶胶-凝胶法制备氧化锆阻氢膜层的影响

以正丙醇锆为前驱体,采用溶胶-凝胶法在ZrH_(1.8)表面制备氧化锆阻氢膜层,研究溶剂种类对溶胶-凝胶法制备氧化锆阻氢膜层的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)对所制氧化锆阻氢膜层的表面形貌、截面形貌以及相结构进行分析;利用划痕仪考察膜层与基体的结合力,采用真空脱氢实验对膜层的阻氢性能进行评估。研究结果表明,正丙醇为溶剂时,可制得均匀连续、致密的氧化锆膜层,且膜层与基体结合较紧密,膜层平均厚度超过10μm,阻氢效果较好,膜层的氢渗透降低因子(PRF)值可达12.5;乙醇为溶剂时,所制膜层由单斜相氧化锆(M-ZrO_2)和四方相氧化锆(T-ZrO_2)组成,而异丙醇、正丙醇、正丁醇为溶剂时,所制氧化锆膜层由单一的四方相氧化锆(T-ZrO_2)构成。     

磷酸盐体系正向电压对ZrH_(1.8)表面阻氢陶瓷层的影响

磷酸盐电解液体系下,以CeO_2作为电解液添加剂,采用恒压模式对氢化锆(ZrH_(1.8))表面进行微弧氧化(MAO)处理,研究正向电压对陶瓷层厚度、相结构、形貌,结合力以及阻氢渗透性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)、涂层测厚仪、涂层划痕仪,分别分析了陶瓷层的表面和截面形貌、相结构、陶瓷层厚度以及膜层与基体的结合力,通过真空脱氢实验评价陶瓷层的阻氢性能。结果表明:随着正向电压的增加,氢化锆表面微弧氧化陶瓷层的厚度逐渐增加,当正向电压为375 V时陶瓷层的阻氢性能较好,氢渗透降低因子PRF值可达到14.2;正向电压的改变对陶瓷层的相结构没有明显影响,膜层主要由单斜相氧化锆(m-ZrO_2)、四方相氧化锆(t-ZrO_2)和立方相氧化铈(c-CeO_2)组成,且以单斜相氧化锆(m-ZrO_2)为主。     

电解液体系对ZrH_(1.8)表面微弧氧化陶瓷层的影响

采用恒压模式分别在Na2SiO3,Na5P3O10和Na5P3O10+H2O2电解液体系下对ZrH1.8表面进行微弧氧化(MAO),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、膜层测厚仪测试了陶瓷层的表面形貌、截面形貌、相结构及陶瓷层厚度,通过真空脱氢实验评估了陶瓷层的阻氢性能。研究结果表明:采用微弧氧化技术在氢化锆表面可以制得厚度范围在35~60μm的微弧氧化陶瓷层。不同的电解液体系下在氢化锆表面得到的微弧氧化陶瓷层的厚度不同,Na2SiO3电解液体系下得到的陶瓷层最厚,Na5P3O10+H2O2电解液体系次之,Na5P3O10电解液体系最薄。氢化锆表面微弧氧化陶瓷层由致密层和疏松层构成,靠近基体一侧为致密层,陶瓷层外层为疏松层。微弧氧化陶瓷层主要由单斜相氧化锆(M-ZrO2)和少量的四方相氧化锆(T-ZrO2)构成;综合比较,在Na5P3O10+H2O2电解液体系下可以获得厚度适中,表面平整,致密性较好,阻氢性能优异的陶瓷层,陶瓷层的PRF值达到最大值12.1。     

氢化锆与O_2反应制备氢渗透阻挡层的研究

采用原位氧化的方法,通过氢化锆直接与O2反应在表面生成氧化膜作为氢渗透阻挡层。分析了氧化工艺参数对氧化膜生长速度的影响,并对氧化膜的物相组成、截面形貌和阻氢性能进行了研究。结果表明,温度是影响氧化膜生长速度的主要因素,氢化锆在450℃以下的温度范围内氧化,氧化膜生长速度很小,氧气分压对氧化膜生长速度无明显影响;在450℃以上,氧化膜生长速度随着氧气分压的增大和氧化温度的升高而增大;氧化膜的质量增重与氧化时间的关系曲线符合抛物线生长规律。氧化膜为双相复合结构,由单斜相M-ZrO2和四方相T-ZrO2组成。氢化锆原位氧化后经650℃真空脱氢50 h后样品失氢量低于0.2%。     

氧化气氛对氢化锆表面防氢渗透层的影响

通过恒温氧化实验研究了氢化锆在O2,CO2,CO2+P气氛中的氧化行为,分析了不同气氛下氢化锆表面形成氧化膜的生长速度、物相组成、表面形貌及其阻氢性能。结果表明,特定温度下氢化锆的氧化增重规律为O2>CO2>CO2+P。各氧化气氛下形成氧化膜的物相组成相同,主要由单斜相M-ZrO2和T-ZrO2组成。氢化锆在CO2+P气氛下形成的氧化膜具有较低的生长速度,氧化膜的阻氢效果较好。     

氢化锆原位氧化膜600℃下氢渗透速率及其稳定性研究

氢化锆作为固态慢化剂材料,降低其在使用温度下的氢损失是一个备受关注的问题。在氢化锆表面制备阻氢膜是有效降低氢损失的方法之一,氢渗透速率测量是表征阻氢膜性能的关键。本研究采用原位氧化法在氢化锆表面制备阻氢膜,利用气相色谱在线检测了600℃,lle+CO_2工作气氛下氢渗透速率,分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)等方法对试验前后的样品进行了组成、微观形貌、界面结构等分析。研究结果表明,随测试时间延长氢渗透速率逐渐降低,经7 d氢渗透速率达到8.4×10~(-10) kg·m~(-2)·s~(-1),经63 d氢渗透速率达到2.0×10~(-10)kg·m~(-2)·s~(-1);对三组样品的测试结果进行拟合,得到氢渗透速率(V_a)与测试时间(t)的关系为V_a=5.92×10~(-6)×t~(-0.66),据此估算氢损失1%,3%时的氢化锆预测周期分别为0.26年和6.5年。XRD研究结果表明,测试前后膜层物相组成变化不大,主要由单斜相氧化锆(m-ZrO_2)和少量四方相氧化锆(t-ZrO_2)构成。SEM,TEM,EDS测试结果表明,原位氧化法制备的阻氢渗透膜与基体结合紧密;经长时间测试膜层存在脱落现象,但在CO_2气氛下生成了新鲜的原位氧化膜层,说明该气氛下膜层具备自修复能力。     

磁控溅射法制备氧化铝/氧化锆双层复合涂层的氢渗透性能研究

采用射频反应磁控溅射法在316L不锈钢基底上沉积了Al2O3/ZrO2双层复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微划痕法分析了涂层的微观形貌、物相组成和膜基结合力,采用气相氢渗透装置对涂层的氢渗透行为进行了表征。结果表明,Al2O3/ZrO2涂层具有非晶氧化铝、氧化锆单斜相和四方相,涂层结构致密,呈柱状生长方式,厚度为320 nm。显微划痕结果表明,Al2O3/ZrO2涂层的膜基结合力为8.5 N,较氧化铝涂层有明显提高,氧化铝涂层的膜基结合力为4.5 N。此外,Al2O3/ZrO2涂层具有优异的阻氢渗透性能,其氢渗透阻挡因子在550~700℃温度范围内为206~950。Al2O3/ZrO2涂层的氢渗透激活能为132 k J·mol-1,高于单层氧化铝和氧化锆涂层的激活能,双层复合涂层的阻氢性能较单层涂层有明显提高。     

K2ZrF6含量对ZrH1.8表面微弧氧化阻氢膜层的影响

采用微弧氧化技术在ZrH_1.8表面制备阻氢膜层,研究在Na₅P₃O₁₀-NaOH-Na₂EDTA电解液体系中K₂ZrF₆含量对膜层组织结构和阻氢性能的影响。借助场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)分析膜层的微观结构和物相组成。采用涂层测厚仪对膜层的厚度进行测量,通过真空脱氢实验表征膜层的阻氢性能。相比未加入K₂ZrF₆时,电解液中添加适量K₂ZrF₆有助于改善膜层的表面质量,减少膜层中微孔和裂纹等缺陷的出现。XRD分析表明,不同K₂ZrF₆浓度时ZrH_1.8表面微弧氧化制备的膜层均主要由m-ZrO₂,t-ZrO₂和少量c-ZrO₂相组成。膜层厚度和氢渗透降低因子(PRF)随K₂ZrF₆浓度的增加均呈先增大后减小趋势,当K₂ZrF₆为4g·L^-1时,膜层的厚度最大为68.7μm,PRF最大为13.1,且膜层中大尺寸缺陷较少,添加K₂ZrF₆制备的陶瓷膜的阻氢性能均得到提高。K₂ZrF₆添加剂的加入可以使ZrH_1.8表面微弧氧化膜层的厚度增大,致密性增强,进而阻氢性能提高,膜层表面质量也得到改善。     

氢化锆在350～600℃纯氧中的氧化行为

通过恒温氧化实验研究了氢化锆在350～600℃纯氧中的氧化行为,分析了温度和时间对氧化层质量增重的影响规律,并借助Ⅺm,SEM等分析测试手段对氧化层的物相组成和截面形貌进行分析.结果表明,氢化锆的质量增重随着氧化温度的升高而增大,450℃以下,氧化反应速度很慢;500'～600℃温度范围内,氢化锆的质量增重与氧化时间的关系曲线符合抛物线规律.氧化层由内到外分为致密层和疏松层,氧化层主要由单斜相M-zeO2组成.     

溶胶-凝胶法制备氧化锆薄膜的工艺与表征

以无机盐硝酸锆为原料,采用溶胶–凝胶法制备氧化锆薄膜。利用L25(56)表设计正交试验,根据溶胶粘度的极差确定氧化锆溶胶的最佳制备工艺,并探讨干燥过程对干凝胶膜表面形貌的影响。利用热重分析(TG/DTG)、傅里叶红外光谱(IR)、X线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等,对氧化锆薄膜的结构与形貌、热稳定性以及孔结构进行表征。结果表明:当硝酸锆溶液中Zr4+浓度为0.6 mol/L、加入的丙三醇(GL)和聚乙烯醇(PVA)的体积分数分别为35%和4%,Zr4+与H+的物质的量比n(Zr4+)/n(H+)=10、反应时间为3 h、反应温度为50℃条件下得到的溶胶性能最好,该溶胶在温度为50℃、相对湿度为60%的条件下干燥后的干凝胶膜层开裂较小;在800℃下煅烧后所得氧化锆薄膜的热稳定性良好,且结构致密,孔径分布窄,BJH(Bavrett-Joyner-Halenda)中值孔径为9.746 19 nm。     

20g钢表面La0.7Ca0.3CrO3涂层的结构特征

用溶胶-凝胶法在碳钢基底上制备了钙钛矿型稀土复合氧化物涂层(La0.7Ca0.3CrO3),通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段对不同工艺所获得的涂层表面形貌、相组成进行了分析,讨论了工艺参数对涂层结构的影响.结果表明,涂层由La0.7Ca0.3CrO3单相组成,在基底与陶瓷涂层之间存在氧化铁过渡层.工艺参数对涂层形貌和相组成影响很大,随前驱体溶液浓度及pH值增大涂层变得疏松,随浸渍次数增多涂层厚度和致密度均增加.     

钛合金表面微弧氧化制备二氧化钛陶瓷膜的研究

采用微弧氧化法在钛合金表面制备二氧化钛膜层(即生物医学用陶瓷膜),利用SEM、XRD和EDX对膜层的物相结构、形貌和元素组成进行了分析。研究了电解液pH值和微弧氧化电压对微弧氧化过程的影响。结果表明:随着电解液pH值和微弧氧化电压的升高,膜层表面孔洞数量增加,孔径增大,膜层更加均匀;膜层主要由锐钛矿型和金红石型二氧化钛组成,且金红石相含量随微弧氧化电压的升高而增加;微弧氧化电流密度随氧化时间的延长先增大后减小,随电解液pH值的增大而增大。当电解液pH值为11、微弧氧化电压为500V时,可制得多孔状陶瓷膜,且其孔洞分布均匀。     

纳米氧化锆的固相合成及机理研究

以八水氯氧化锆和草酸钠为原料,固相反应合成出前驱体二水草酸氧锆,前驱体在600℃分解5 h,得到氧化锆粉体。结果表明,产物为粒度分布均匀、纯度高、单斜相和四方相共存的纳米氧化锆粉体,其一次颗粒尺寸在15 nm左右。     

金红石型钛白粉单锆包膜的工艺研究

采用均匀实验设计法优化实验条件,以分散剂、包膜量、pH值、包膜的速度为实验变量,用溶胶-凝胶法对金红石型钛白粉进行了氧化锆包膜。通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的检测,对包覆机制和包膜效果进行分析,得到了金红石型钛白粉表面单锆包膜的优化工艺条件。结果表明:在分散剂为0.19%,包膜量为1%,体系pH为9,滴加速度为6滴.min-1条件下,包覆效果较好;在该工艺条件下,金红石型钛白粉表面能形成连续、均匀、致密的膜层。     

水热法制备ZrO_2掺杂钨合金粉末的工艺研究及表征

以仲钨酸铵和硝酸锆为原料,采用分步水热法结合煅烧和二次氢还原工艺制得ZrO_2掺杂钨合金粉末。利用XRD、EDS、SEM、TEM等检测手段对不同制备过程产物的相结构、形貌及相转变进行分析。结果表明:仲钨酸铵与硝酸进行水热反应,生成一种钨酸,其分子式为1.5WO3·2H2O;硝酸锆与氨水进行水热反应后生成单斜结构ZrO_2;通过液-液掺杂方式使这两种产物混合均匀,干燥后得前驱粉末。经500~550℃煅烧后,立方结构1.5WO3·2H2O转变为单斜结构WO3。经800℃×2h+900℃×2h二次氢还原后得到ZrO_2掺杂钨合金粉末,其平均粒径为10~20nm。通过对比实验可得,掺杂ZrO_2可起到细化钨晶粒的作用。     

SO4（2-）/ZrO2固体超强酸的制备及表征

对传统沉淀-浸渍法制备SO42-/ZrO2（SZ）工艺进行了改进,探索用一步法制备SZ。分别以氯氧化锆（添加硫酸铵引入SO42-）和硫酸锆为锆源,以氨水为沉淀剂,经水解、水热、洗涤、干燥、焙烧制得高比表面积的SO42-/ZrO2。利用XRD、SEM、FT-IR、低温氮气吸附-脱附、Hamm ett指示剂法等进行结构及酸性的表征,研究了锆盐原料浓度、水解pH值、焙烧温度对SO42-/ZrO2性能影响。研究表明：水解pH值对SZ的比表面积影响最大;焙烧温度是制备SO42-/ZrO2固体超强酸的关键,当焙烧温度达到700℃时,负载SO42-的ZrO2才由无定形向单斜相和四方相转变,制得的SO42-/ZrO2显示出强酸性。     

若干成纤工艺条件对氧化锆纤维坯体性能的影响

以氧氯化锆为主要原料,以氧化钇为相稳定剂,以醋酸和柠檬酸为有机助剂,采用溶胶凝胶法制备多晶氧化锆纤维。研究胶体黏度、氧化锆含量和甩丝盘转速对纤维坯体性能的影响。试验发现:当溶胶内氧化锆质量分数为27.62%左右、黏度为27 P左右时,制得的纤维坯体直径细且分布均匀;随着胶体黏度的上升,纤维的平均直径呈上升趋势;甩丝盘转速在4 000~5 500 r/min时,成纤性相对较好,且纤维的平均直径随着转速的增加而略有下降,而直径分布变化不明显。     

TFA-MOD法制备多层YBCO超导薄膜的特性研究

采用TFA-MOD法在LaAlO3单晶基片上制备出了五层YBa2Cu3O7-δ薄膜,膜层总厚度为1!m,临界电流密度Jc达到1.6MA/cm2,临界电流Ic为160A/cm。单层膜与三层膜的Jc值分别为3.5、1.75 MA/cm2;三层膜和五层膜截面TEM形貌中均无裂纹和明显空洞产生,各层之间的界面平滑。随着膜层厚度的增加,临界电流密度降低,主要原因可能是膜性能的劣化。