金属氧化物陶瓷涂层高温阻氘渗透性能研究

采用射频磁控溅射方法在316L不锈钢表面沉积了Al_(2)O_(3),Cr_(2)O_(3),Y_(2)O_(3)和ZrO_(2)(8%Y_(2)O_(3))4种单层氧化物陶瓷涂层。选用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对4种氧化物陶瓷涂层相组成、微观组织结构进行表征,结果表明,Al_(2)O_(3)涂层为非晶态,其他3种氧化物陶瓷涂层均为晶体结构,且涂层沉积致密,无明显微观缺陷产生。采用气相氢渗透装置对各涂层的氘渗透性能进行测试,结果表明,受氧化物中金属离子与氧的结合能的影响,在973 K@80 kPa氢渗透压下,厚度约为250 nm的Al_(2)O_(3),Cr_(2)O_(3),Y_(2)O_(3)和ZrO_(2)(8%Y_(2)O_(3))涂层氘渗透阻挡因子(DPRF)分别为103,46,112和256,表明4种氧化物陶瓷涂层均具有良好的阻氘渗透性能,其中Y_(2)O_(3)陶瓷涂层阻氘渗透性能最好。因此,以Y_(2)O_(3)陶瓷涂层为例,研究厚度对涂层阻氘渗透性能的影响,在涂层厚度为139~251 nm范围内,氘渗透激活能和D-PRF随着涂层厚度的增加而线性增大。随着Y_(2)O_(3)涂层厚度增加,氘渗透量减少,阻氘渗透性能提高。