Layer-structured Cr/CrxN coating via electroplating-based nitridation achieving high deuterium resistance as the hydrogen permeation barrier

材料科学 涂层 渗透 电镀 热冲击 化学工程 图层(电子) 冶金 复合材料 化学 有机化学 生物化学 工程类
作者
Liyu Zheng,Heping Li,Jun Zhou,Xinluo Tian,Zhongyang Zheng,Long Wang,Xinyun Wang,Yunjun Yan
出处
期刊:Journal of Advanced Ceramics [Springer Science+Business Media]
卷期号:11 (12): 1944-1955 被引量:3
标识
DOI:10.1007/s40145-022-0658-3
摘要

Abstract Hydrogen isotope permeation through structural materials is a key issue for developing nuclear fusion energy, which will cause fuel loss and radioactive pollution. Developing ceramic coatings with high thermal shock and hydrogen resistance is an effective strategy to solve this issue. In this work, a layer-structured Cr/Cr x N coating was successfully fabricated by a facile electroplating-based nitridation technique, which is easy, facile, and applicable to coating complex-shaped substrates. The Cr/Cr x N coating, composed of a bottom Fe/Cr interdiffusion zone, a middle Cr layer, and a top Cr x N layer, exhibits high bonding strength, high anti-thermal-shock ability, and high deuterium permeation resistance. Its bonding strength achieves 43.6 MPa. The Cr/Cr x N coating remains intact even after suffering 300 thermal shock cycles under a 600 °C-water condition. Through optimizing the nitridation temperature, the Cr/Cr x N coating achieves a deuterium permeation reduction factor (PRF) as high as 3599 at 500 °C. Considering its scalable fabrication technique and considerable properties, the developed Cr/Cr x N coating may serve as a novel high-performance hydrogen permeation barrier in various fields.
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