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由于化石能源的储量有限和环境污染问题,氢能和核聚变能被认为是最有前途的替代清洁能源。而高温高压氢环境下金属结构材料的氢脆及反应堆中氢放射性同位素的渗透和泄漏都是关系到设施安全和人员安全的必须解决的问题。因此研究在316L不锈钢和工业纯钛TA1基体表面制备玻璃质陶瓷壁垒层,并以氢模拟氢同位素表征涂层阻氢及其同位素渗透壁垒效应有重要的科学意义和实际应用价值。以玻璃质陶瓷涂层成分设计原则和方法为基础,根据涂层的运用要求,确定了钛和钛合金用玻璃质陶瓷涂层的两种玻璃母料TE94和TG75,以及316L不锈钢用玻璃母料SSE126。研究发现通过往玻璃母料中添加低表面能氧化物可成功解决涂层与金属基体的相互润湿问题;且微量水溶性高分子化合物M的添加,有效地改善了釉浆的涂覆性能。再结合两种控制浆体pH值的方法,可制得均匀稳定的浆体。对于搪瓷涂层,采用两涂两烧的方式,通过浸涂加旋转涂膜的方法制备粉末涂层,干燥后在一定温度下熔烧一定时间,最终在金属基体表面制得90-110μm厚的致密涂层,并且涂层与基体紧密结合、具有优异的抗落球冲击和热冲击性能以及抗高温氧化性能;另外采用一涂一烧的方式,在TA1基体表面制得厚约50μm的自剥落玻璃陶瓷涂层。采用西华特试验装置在550℃,5-7×103Pa的氢压下对有/无涂层及单纯的玻璃质陶瓷涂层进行气相充氢实验,结合维氏显微硬度分析证明玻璃质陶瓷壁垒层有效地阻止了氢和氢同位素扩散渗透,认为玻璃质陶瓷涂层阻止氢扩散渗透的机理除玻璃质涂层本身的玻璃质陶瓷结构使氢和氢同位素的扩散失去快速通道外,氢分子在涂层表层与涂层中的硅硼氧网络形成类似Si-H,O-H等键合,阻塞了氢分子扩散渗透的通道,从而进一步提高了氢和氢同位素在玻璃质陶瓷涂层中的扩散激活能。