研究背景：氢气阀门涂层需要兼具抗氢渗透与耐磨性能
随着全球气候变暖和空气污染问题日益严重，气候变化已成为全球关注的焦点。尤其是汽车使用化石燃料所排放的二氧化碳、甲烷、二氧化氮等温室气体，作为加剧环境污染的主要因素，更是引起了广泛关注。因此，科研工作者对于研究和开发替代化石燃料的环保能源充满热情。
在众多替代能源中，氢燃料电池以其仅排放水的特点，以及相对较快的响应速度和高效能，被视为一种理想的环保能源。采用氢燃料电池的燃料电池电动汽车（FCEV）由多个系统和部件构成，如供氢系统、储氢系统、氢燃料电池、动力传动系等。其中，供氢系统作为安全供应和控制氢罐至燃料电池氢燃料流动的关键系统，尤为重要。就氢气供应系统的部件而言，氢气阀由于在燃料电池汽车运行过程中频繁操作，对耐用性有着极高的要求。特别是，作为氢气阀部件之一的柱塞通常由钢制成，由于往复运动与阀芯摩擦而产生磨损。这将导致氢气阀性能和使用寿命的降低，严重时甚至可能导致FCEV无法正常运行。
此外，在含氢环境中，由于氢渗透至柱塞或阀芯表面形成的缺陷和裂纹，磨损程度将急剧增加。因此，必须寻求一种兼具优异的抗氢渗透性能和耐磨特性的表面涂层技术。目前已有多种表面涂层技术具备优异的抗氢渗透性能和耐磨特性。其中，类金刚石碳（DLC）涂层因其独特的结构和特性，被认为能够形成具有卓越抗氢渗透性能和耐磨特性的阻挡层。一般而言，DLC涂层由非晶碳结构构成，其中石墨结构（sp2）和金刚石结构（sp3）相互交织，且sp3结构比例较高，故得名DLC涂层。特别是，由于残余压应力的作用，sp3结构呈现出相对致密的结构。因此，DLC涂层展现出卓越的抗氢渗透性能和耐磨特性。鉴于此，科研工作者对DLC涂层的抗氢渗透性能展开了深入研究。
研究结果：氢脆效应显著劣化DLC涂层附着力与耐磨性能
类金刚石碳（DLC）涂层以其优异的抗氢渗透性能及耐磨特性，成为当下备受瞩目的表面涂层技术。然而，尽管DLC涂层具有极强的抗氢渗透能力，但在未完全预防的情况下，一旦氢元素进入涂层内，便会对其产生负面影响。
为此，本文着重探讨了氢脆效应对DLC涂层附着力及耐磨性能的具体影响。研究结果揭示，充氢处理后的DLC涂层表面粗糙度显著增大至3.8倍，涂层分层率高达约58%。此外，由于氢渗透的影响，Lc3（即与DLC涂层完全分层相对应的粘合强度）大幅降低至2.0 N。同时，由于氢渗透导致的耐磨性能下降，基体因磨损而暴露的宽度增加了超过4倍。
进一步研究发现，由于氢渗透，DLC涂层与铬缓冲层之间的界面处出现氢气泡或氢致裂纹，从而降低了DLC涂层的耐久性。
（以上文章由Dong-Ho Shin & Seong-Jong Kim撰写，来源：互联网公开信息）
