一种不锈钢原位自生阻氢钝化膜及制备方法

本发明属于阻氢膜，具体涉一种不锈钢原位自生阻氢钝化膜及制备方法。

背景技术：

1、氢能作为一种清洁能源备受关注，寻求更高效、可持续的氢能存储与输送技术变得尤为重要。在这一背景下，本发明致力于解决氢能技术中的一项关键问题——抗氢脆表面的创新设计。

2、在构建氢能系统中，材料的选择显得尤为关键。本发明选择了不锈钢作为基体。然而，传统不锈钢在氢气环境下容易发生氢脆，这促使我们寻求一种创新的阻氢方法。

3、在氢能系统中，阻氢技术的关键性不言而喻。通过在不锈钢表面形成高效且致密的钝化膜，我们能够有效地阻止氢气的渗透，提高系统的稳定性和可靠性。传统的阻氢方法可能通过添加外部涂层的方式，然而，本发明采用了独特的方法，通过电化学方法在原位自生钝化膜，从而使阻氢过程更为简便、高效。

4、这一创新的动机源于对传统阻氢方法的改进追求。我们的目标是通过电化学方法在原位自生的方法，为不锈钢基体形成稳定的钝化膜，提供更可持续、环保的解决方案。通过这一创新，我们期望为氢能领域的发展注入新的活力。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种不锈钢原位自生阻氢钝化膜及制备方法。通过利用feooh/fe2o3和cr2o3的协同作用，制备出钝化膜，既满足了阻氢要求，又提高了产品的弯折性能。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种不锈钢原位自生阻氢钝化膜，所述钝化膜包括feooh/fe2o3和cr2o3，靠近所述不锈钢一侧的钝化膜中cr2o3含量至少为80at％，远离不锈钢一侧的钝化膜中feooh/fe2o3含量不超过40at％，feooh/fe2o3和cr2o3的含量在所述钝化膜中呈梯度分布，所述钝化膜的厚度为30-100nm。

4、进一步的，靠近所述不锈钢一侧的钝化膜中cr2o3含量至少为90at％，远离不锈钢一侧的钝化膜中feooh/fe2o3含量不超过30at％。

5、进一步的，所述不锈钢为fcc结构。

6、进一步的，所述不锈钢为316l。

7、本发明提供上述不锈钢原位自生阻氢钝化膜的制备方法，包括如下步骤：基于不锈钢的极化曲线，确定钝化区的电压；基于所述电压，在一定时间内针对不锈钢基体进行极化制备钝化膜。

8、进一步的，所述极化曲线采用三电极体系进行测量，其中参比电极为hg/hgso4，对电极为pt，工作电极为不锈钢，电解液为0.4-0.6mol/l的h2so4。

9、进一步的，所述不锈钢为316l，所述极化采用三电极体系测量其中参比电极为hg/hgso4，对电极为pt，工作电极为不锈钢，电解液为0.4-0.6mol/l的h2so4，相比参比电位为0.3-1v，极化时间1-8h。

10、进一步的，极化开始阶段，以相比参比电位为0.3-0.5v极化至少30min；极化结束前，以相比参比电位为0.8-1v极化至少30min。

11、进一步的，极化开始阶段，以相比参比电位为0.3-0.5v极化至少30min；极化中，以相比参比电位0.5-0.8v进行极化；极化结束前，以相比参比电位为0.8-1v极化至少30min。

12、进一步的，所述不锈钢基体的表面粗糙度不高于0.5μm。

13、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：本发明所制备的钝化膜在不锈钢基体上原位自生，相较于现有技术采用cvd等方式，大大节省了成本以及制备时间；其次，本发明的钝化膜包括了feooh/fe2o3和cr2o3，cr2o3与不锈钢具有相似的热膨胀性能，膜基界面协调，防止出现开裂，尤其是本发明所制备的膜中既包含cr2o3也包含了feooh/fe2o3，增加了钝化膜与不锈钢基体的协调变形能力，使得本发明所制备的基体弯折半径大于50cm以上均不会出现膜基开裂，提高了基材的适用范围；再次，feooh/fe2o3本身由于致密度较低，因此现有技术中不存在将feooh/fe2o3作为阻氢的氧化物，但本申请在制备过程中同时生成feooh/fe2o3与cr2o3，制备出了致密的氧化膜，使得阻氢能力大大提高，制备的阻氢钝化膜的prf值大于600。

技术特征：

1.一种不锈钢原位自生阻氢钝化膜，其特征在于，所述钝化膜包括feooh/fe2o3和cr2o3，靠近所述不锈钢一侧的钝化膜中cr2o3含量至少为80at％，远离不锈钢一侧的钝化膜中feooh/fe2o3含量不超过40at％，feooh/fe2o3和cr2o3的含量在所述钝化膜中呈梯度分布，所述钝化膜的厚度为30-100nm。

2.根据权利要求1所述的不锈钢原位自生阻氢钝化膜，其特征在于，靠近所述不锈钢一侧的钝化膜中cr2o3含量至少为90at％，远离不锈钢一侧的钝化膜中feooh/fe2o3含量不超过30at％。

3.根据权利要求1所述的不锈钢原位自生阻氢钝化膜，其特征在于，所述不锈钢为fcc结构。

4.根据权利要求2所述的不锈钢原位自生阻氢钝化膜，其特征在于，所述不锈钢为316l。

5.根据权利要求1-3任一所述的不锈钢原位自生阻氢钝化膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的不锈钢原位自生阻氢钝化膜的制备方法，其特征在于，所述极化曲线采用三电极体系进行测量，其中参比电极为hg/hgso4，对电极为pt，工作电极为不锈钢，电解液为0.4-0.6mol/l的h2so4。

7.根据权利要求5所述的不锈钢原位自生阻氢钝化膜的制备方法，其特征在于，所述不锈钢为316l，所述极化采用三电极体系测量其中参比电极为hg/hgso4，对电极为pt，工作电极为不锈钢，电解液为0.4-0.6mol/l的h2so4，相比参比电位为0.3-1v，极化时间1-8h。

8.根据权利要求7所述的不锈钢原位自生阻氢钝化膜的制备方法，其特征在于，极化开始阶段，以相比参比电位为0.3-0.5v极化至少30min；极化结束前，以相比参比电位为0.8-1v极化至少30min。

9.根据权利要求8所述的不锈钢原位自生阻氢钝化膜的制备方法，其特征在于，极化开始阶段，以相比参比电位为0.3-0.5v极化至少30min；极化中，以相比参比电位0.5-0.8v进行极化；极化结束前，以相比参比电位为0.8-1v极化至少30min。

10.根据权利要求5所述的不锈钢原位自生阻氢钝化膜的制备方法，其特征在于，所述不锈钢基体的表面粗糙度不高于0.5μm。

技术总结本发明提供了一种不锈钢原位自生阻氢钝化膜及制备方法，属于阻氢膜技术领域，所述钝化膜包括FeOOH/Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和Cr<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，靠近所述不锈钢一侧的钝化膜中Cr<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;含量至少为80at％，远离不锈钢一侧的钝化膜中FeOOH/Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;含量不超过40at％，FeOOH/Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和Cr<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的含量在所述钝化膜中呈梯度分布，所述钝化膜的厚度为30‑100nm。通过利用FeOOH/Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和Cr<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的协同作用，制备出钝化膜，既满足了阻氢要求，又提高了产品的弯折性能。技术研发人员：石荣建,杜智煜,庞晓露,高克玮,刘赛余,耿璞受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/4/24