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钯基合金膜对氢气具有唯一渗透性和高渗透率,在氢气生产、应用、回收、探测等领域有着广阔的应用前景。金属钌硬度高、耐蚀性强、熔点高,钌的添加有助于改善钯合金的机械性能和热稳定性,可提高合金膜在高温下的工作寿命。Pd-Ru膜对HCl、SiHCl3、CO、CO2、CH4等多种杂质有优异的耐受性,其在膜反应器中的应用也得到了研究者的广泛关注。本文提出以氧化钛陶瓷阻挡层修饰的多孔316L不锈钢管为基体,采用顺序化学镀的方法依次沉积致密连续钯膜及钌膜,并对Pd-Ru膜层进行热处理使其合金化。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱分析(SEM-EDX)、俄歇电子能谱分析(AES)、X射线光电子能谱刻蚀(XPS)、孔径分析(PSDA)以及氢渗透测试等手段,研究了 Pd-Ru膜的结构、微观形貌和成分分布,测试了 Pd-Ru膜的氢渗透通量,探讨了氢气在Pd-Ru膜中渗透的热力学和动力学机理。获得如下研究成果:(1)采用浆料浸渍-提拉-烧结法在多孔316L不锈钢管表面制备了不锈钢减孔层和氧化钛陶瓷层。优化了活化技术,采用乙酸钯浸渍活化法在改性后的基体表面得到均匀钯颗粒。在活化样品表面化学镀沉积得到了表面平整、结构致密无缺陷且厚度约为2.5-3 μm 的 Pd 膜;(2)优化了化学镀Ru制备技术,在温度为75℃,镀液pH值为12以及联氨浓度为15%的条件下提高了 Ru的沉积速率。得到Pd-Ru复合膜厚度约为3μm,Ru层厚度约 40-60 nm;(3)采用在Ar气氛中升温至450℃,随后在H2气氛中保温24h的工艺,对Pd-Ru复合膜进行了合金化热处理。XPS刻蚀结果显示Pd、Ru互扩散成分趋于均匀,且XRD结果显示Ru特征峰消失,Pd、Ru部分合金化;(3)在450℃下纯Pd膜的氢气透过率为6.04×10-9 mol·m-1·s-1·Pa-0.5;Pd-Ru复合膜的氢气透过率为8.09×10-9 mol·m-1·s-1·Pa-0.5,是Pd钯膜的1.3倍;合金化处理Pd-Ru膜的氢气透过率为7.31×10-9 mol·m-1·s-1·Pa-0.5,介于纯Pd与Pd-Ru复合膜之间;(4)在长达96 h的氢渗透循环测试中,首次循环中,450℃下Pd-Ru复合膜的氢气透过率为9.72×10-9 mol·m-1·s-1·Pa-0.5。在第2个循环中膜的氢渗透率降低了 22%。随测试时间延长,Pd-Ru复合膜的氢通量缓慢恢复,且在96 h的氢渗透循环过程中,Pd-Ru复合膜的氢渗透率始终高于纯Pd膜。