氢化锆表面Cr-C-O氢渗透阻挡层XPS分析

在空间堆中,氢化锆作为慢化剂的工作温度为650～750℃,在此温度范围内,H/Zr原子数之比大于1.8的氢化锆中的氢很容易析出.通过X射线光电子能谱(XPS)研究了电镀法制备的氢化锆表面氢渗透阻挡层的化学态,对镀层进行了深度(100、200、300nm)刻蚀分析和镀层原子的定量分析.结果表明,镀层中含有C、O、Cr和Zr,进行氢渗透试验后(700℃保温)的试样镀层的C-H键数量有明显增加,而O-H键的数量变化不大.由此可以说明,氢渗透受阻的原因是氢在渗透过程中被镀层中的C优先捕获生成C-H键.     

氢化锆表面原位氧化法制备氢渗透阻挡层的研究

采用原位氧化法在氢化锆表面制备了氢渗透阻挡层，分析了工艺参数对氧化层生长的影响，借助XRD，XPS，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，并对氧化层的阻氢效果进行检测。结果表明，氧化层的质量增量随氧化温度的升高而增大，在氧分压为0．1MPa，550℃恒温氧化2h的工艺条件下，在氢化锆表面制得了厚度为50～60um的氧化层；该氧化层主要为Baddeleyite结构的ZrO2；氧化层中含有O，Zr，C等元素并存在O-H键；氧化层均匀、致密，具有一定的阻氢作用。     

氢渗透阻挡层在CO2中的破坏

为了了解氢渗透阻挡层在700℃下的CO2气氛中的工作能力,用电镀Cr-C的方法在氢化锆表面建立氢渗透阻挡层后,在0.1MPa的CO2气氛中700℃下保温72h,再用SEM对其表面进行观察分析.结果发现,阻挡层有粉化现象且在局部发生脱皮和剥落.分析粉化的原因是阻挡层中的碳达到过饱和,在脱落处的表面发现的空洞可以说明预存的物理缺陷是阻挡层发生剥落的必要条件.由此可以确定这种氢渗透阻挡层在700℃下不宜在CO2气氛中使用.     

不锈钢表面沉积SiC作为氢渗透阻挡层的研究

在３１６Ｌ不锈钢片表面上用离子束辅助沉积（ＩＢＡＤ）和溅射沉积加上离子注入方法制备Ｓｉ－Ｃ薄膜,测量氚通过钢片的渗透率,并用ＸＰＳ,ＡＥＳ,ＸＲＤ及ＴＥＭ等分析薄膜的成分和结构,结果表明,改性膜使不锈钢的氚渗透降低近５个数量级,随着制备条件的汪同,膜中的Ｃ／Ｓｉ原子比不同,用双靶（Ｓｉ,Ｃ）加Ｃ离子轰击的ＩＢＡＤ方法可得到的较高的Ｃ／Ｓｉ比,改性膜中形成了Ｓｉ－Ｃ化学键,Ｓｉ－和Ｃ－悬键在存在可有     

碳和氧在氢渗透阻挡层中的作用

为了了解氢渗透阻挡层的阻氢机理,在氢化锆表面电镀Cr-C后,再对镀层进行热处理(400℃),最后把试样在700℃的真空中保温10h.用EDS法对没有进行热处理的镀层的成分进行分析,再用X射线光电子能谱(XPS)研究氢渗透阻挡层不同深度处的化学态,并对阻挡层原子进行定量分析.结果发现:未热处理的镀层主要含有C和Cr,阻挡层中含有C、O、Cr和Zr,进行氢渗透试验(700℃保温)后的阻挡层中C-H和O-H含量都增加,前者更明显.由此可说明H因破坏C、O原来的成键方式而被C、O捕捉,C对氢渗透阻挡层的作用大于O的作用.     

Na_5P_3O_(10)体系氢化锆表面微弧氧化陶瓷层组织与阻氢性能的研究

在Na_5P_3O_(10)+NaOH+Na_2EDTA体系下,采用恒压模式对氢化锆进行微弧氧化处理获得连续、致密且裂纹、孔洞等缺陷较少的ZrO_2陶瓷层。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及能谱(EDS)仪,分析了陶瓷层的表面形貌、截面形貌、相结构及元素分布。通过真空脱氢实验及XRD分析对陶瓷层的阻氢性能进行评价。结果表明:氢化锆表面ZrO_2陶瓷膜厚度约为78μm,陶瓷层由过渡层、致密层和疏松层构成;ZrH_(1.8)表面微弧氧化陶瓷层主要由M-ZrO_2、T-ZrO_2及C-ZrO_2构成,主要为M-ZrO_2,约90%;微弧氧化陶瓷层氢渗透降低因子(PRF)高达11.7,具有优越的阻氢效果。     

氢等离子体作用下的Zr薄膜氢化特性研究

本文研究Zr薄膜在等离子体作用下的氢化特性，测试表明，与分子氢相比，氢等离子体作用下氢化速率明显增高，在室温和≈2Pa氢压的DC放电条件下，氧化10min样品的氢化浓度可达饱和值，即66.67（原子分数，%），远大于该压强下的气体氢化浓度，在非超清洁系统中，等离子体氢化在样品表面产生大量的氧污染和少量的碳污染，少量的表面氧化物并不阻碍等离子体氢化，但随着污染的增加，氢化浓度却大大减少，Ni对样品表面氢分子解离吸附和氢原子再结合逸出有着不同程度的催化作用，在低的放电压强和放电电流下，表面镀Ni使Zr的稳态氢化浓度减小，而在高压强、低电流下，表面镀Ni可增加Zr的氢化效率。     

氢化锆表面多元复合膜层制备和研究

采用尿素高温分解产生的氧化性气氛在氢化锆表面制备多元复合膜层。利用XRD、SEM、EDS、XPS、AES等分析测试手段对氢化锆表面膜层的相结构、截面形貌、元素成分及价态进行性能表征。物相分析结果表明膜层主要有氧化锆相和Zr N相,且氧化锆相由单斜相(m-ZrO_2)和四方相(t-ZrO_2)组成。扫描电镜形貌分析表明原位生长氧化物膜层致密,膜层与氢化锆基体结合紧密。俄歇电子能谱结果表明膜层由C、N、O、Zr元素组成,并具有明显的分层现象,膜层由外向内分为富(C/N)层及富O层,随膜层表面溅射时间增加,O、Zr元素相对含量明显增加,C、N元素相对含量明显降低。X射线光电子能谱分析表明多元复合膜层存在Zr-O、Zr-C、Zr-N-O、Zr-N、O-H等键。     

碳酰胺与氢化锆高温下原位反应层的AES/XPS分析

采用碳酰胺高温分解产生含C、O、N源与氢化锆原位反应制备阻氢渗透层,借助俄歇电子能谱(AES)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对阻氢渗透层元素成分及深度、键态进行分析。AES结果表明:氢化锆表面原位反应层由C、N、O、Zr元素组成,随溅射时间增加,O、Zr元素含量增加,C、N元素含量降低。原位反应层厚度约3.4μm,其中含N、C层深度约150 nm。氢化锆表面阻氢渗透层XPS分析表明,表面层存在ZrO_2,同时有Zr-OH、Zr-N、C-H、N-H键。氢在扩散过程中被C、O、N捕获表明含C、O、N的氢化锆表面原位反应层对氢的渗透有一定的阻碍作用。     

溶胶pH值对氢化锆表面阻氢膜层性能的影响

目的采用溶胶-凝胶法在氢化锆表面制备氧化锆阻氢膜层,探究溶胶p H值对阻氢膜层性能的影响。方法以正丙醇锆为前驱体,通过滴加盐酸分别得到p H值为1、3、5、7、9的溶胶。利用扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)和X射线衍射仪(XRD),分析了氧化锆膜层的截面形貌、表面形貌和物相组成,并利用真空脱氢实验测试了膜层的阻氢性能。结果溶胶p H值影响溶胶的涂覆性能,致使氢化锆基体表面所得膜层的连续性、均匀性及厚度存在差异。溶胶pH值的变化对形成膜层的物相组成没有显著影响,所得膜层由单斜相氧化锆(m-ZrO2)和四方相氧化锆(t-ZrO_2)组成。当p H值在1～9范围内时,随着溶胶pH的增加,膜层中t-ZrO_2的体积分数和PRF值均呈现出先升高后降低的变化趋势,t-ZrO_2的体积分数介于13.16%～46.84%之间,膜层的PRF值介于10.13～19.46之间。结论溶胶pH值影响溶胶的涂覆性能,进而影响膜层质量、膜层中各物相的含量以及膜层的阻氢效果。当溶胶p H值为3时,溶胶涂覆性能良好,所得氧化锆膜层均匀、连续,膜层较厚且致密,膜层中t-ZrO_2的体积分数最大,为46.84%,同时膜层的氢渗透降低因子(PRF值,Permeation Reduction Factor)达到最大值19.46。     

氢化锆表面阻氢渗透层在高温二氧化碳气氛中的腐蚀

使用24h、48h、120h的CO2气固反应法在氢化锆表面生成具有阻氢渗透性能的致密氧化膜,然后将3种试样在含50.662kPa的CO2气氛中700℃保温72h,结果试样都出现表面起皮,局部粉化甚至断裂.SEM分析表明,致密氧化锆膜在高温下要与CO2反应生成非保护性的氧化层,并产生相变应力加速阻氢渗透层的腐蚀.3种试样在700℃相同CO2气氛中保温400h后都完全反应成白色氧化锆粉末.     

Properties of oxide coating on the surface of ZrH1.8 prepared by microarc oxidation with different positive voltages

Zirconia coatings as hydrogen permeation barriers were formed on disk-type ZrH1.8 substrate specimens in phosphate solution system by microarc oxidation technique. Influence of positive voltage on hydrogen permeation barriers on the surface of zirconium hydride was investigated as the main factor. The thickness of total oxide layer increased from 42.5 to 55.0 μm the increase of positive voltage increasing from 325 up to 425 V. The permeation reduction factor (PRF) was observed under different voltages, which increased with the increasing positive voltages. The phase structure of oxide layer was monoclinic ZrO2 and tetragonal ZrO1.88 . No reduction reaction occured in the process of hydrogen escaping, and it indicates that hydrogen permeation through oxide layer is restricted.     

前驱体溶胶浓度对ZrH_2表面膜层性能的影响

采用溶胶凝胶法在氢化锆表面制备防氢渗透膜层,分析了不同前驱体溶胶浓度对氢化锆表面膜层的性能影响。借助XRD、SEM等分析手段对氧化层的物相组成和形貌进行分析,并采用真空脱氢试验测试氧化层的阻氢性能PRF值(permeation reduction factor)。试验表明,在前驱体溶胶浓度范围内可制膜层厚度为5~14.3μm,膜层厚度随着溶胶浓度升高呈现先升高后下降的趋势。当溶胶浓度低于1.0 mol/L时,不易生成连续完整的膜;当溶胶浓度高于1.0 mol/L时,膜层表面出现了颗粒堆积和裂纹,膜层不连续。氧化物的相结构无明显改变,以单斜相M-Zr O2和四方相T-Zr Ox为主;氧化层的PRF值在9.86~10.43之间变化。     

固-气反应球磨制备纳米晶MgH2的研究

采用固.气反应球磨制备纳米晶MgH2粉末,测定纯镁粉在球磨过程中的吸氢动力学曲线.借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等分析手段,研究Mg-H2反应球磨过程中的相结构与粉末形貌演变规律.结果表明,在机械球磨驱动作用下,Mg的吸氢过程可分为"缓慢-快速-饱和"3个阶段,其相组成分别对应"Mg(H)-Mg(H)+MgH2-MgH2".在0.5 MPa氢气压条件下,球磨21 h可使Mg完全氢化,获得粉末粒度1～3μm、晶粒尺寸10 nm左右的纳米晶MgH2粉末,其实际氢含量高达7.03%(质量分数,下同).