氢的输送是氢能利用的重要环节,其中天然气混氢技术是当前可行的大规模能源输送方式。然而,氢的输送必然导致输氢管线面临氢脆问题。石墨烯被认为是一种能够有效抑制氢渗透扩散的涂层材料,但目前石墨烯阻氢涂层制备存在明显局限性。为了实现石墨烯阻氢涂层在管线钢表面的制备及应用,本文采用MEVVA源C离子注入Ni催化层结合退火的方法实现了多层石墨烯（MLG）的原位生长,揭示了离子注入与退火工艺参数对多层石墨烯生长的影响规律,并对其结构组成与阻氢性能进行了研究,探讨了其生长机制与阻氢机理,同时考虑退火对管线钢固有结构性能的影响,综合评估涂层制备工艺的可行性并进行优化。主要内容如下:（1）多层石墨烯涂层在X70管线钢表面的原位制备。采用碱性焦磷酸钠镀液体系制备得到以（111）晶面为主的多晶镍催化层,退火后镍层具有足够的厚度与良好的结合强度。Raman表明石墨烯层间堆叠无序,片层较多;SEM表明多层石墨烯的分布并不均匀,具有随形包覆性;TEM证明了多层石墨烯的层状结构;XRD、XPS、FT-IR等结果均表明基体表面生长得到了sp2杂化结构的石墨烯,且含有少量的含氧官能团;不同的工艺参数通过调控镍晶粒尺寸与C偏析量影响石墨烯的生长过程。（2）退火热处理对X70管线钢固有结构性能的影响。在管线钢相变临界温度（710℃）以下制备多层石墨烯涂层能够保持管线钢原有的组织结构,硬度变化小,而晶粒尺寸的改变使晶界强化作用减弱,导致退火后管线钢的强度与塑性降低,但仍满足安全服役的强韧性要求。退火温度超过临界温度,管线钢发生相变,结构性能明显下降,无法满足服役需求。因此,多层石墨烯阻氢涂层的制备温度不得高于710℃。（3）多层石墨烯涂层的阻氢性能研究。X70管线钢基材在充氢后呈脆性断裂,而多层石墨烯试样在充氢后断口仍为塑性断裂特有的韧窝特征。多层石墨烯涂层显著降低了氢渗透率,提高了基体的抗氢脆敏感性,具有优异的阻氢性能,可有效延长管线钢的服役寿命。石墨烯的层数与晶粒尺寸共同决定了涂层的阻氢特性,通过延长扩散路径、减少渗透面积、增强氢吸附能力、抑制表面析氢反应等机制实现高效阻氢。