[發明專利]一種(Mn,Co)3O4尖晶石涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201310025622.5
• 申請日: 2013-01-22
• 公開（公告）號: CN103103592A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 詹肇麟;張衛偉;劉忠;李莉;劉建雄;李增
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C25D9/08
• 分類號: C25D9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及了一種(Mn,Co)₃O₄尖晶石涂層的制備方法，屬于陶瓷涂層制備及性能技術領域。

背景技術

　在高溫燃料電池中，連接體既為相鄰的電池單元的陰極與陽極提供導電連接，同時，又要作為氧化和還原氣氛的物理屏障，服役條件苛刻，對性能要求較高：良好的導電性；與鄰近組件（陰極和陽極）材料不發生反應和擴散；良好的抗氧化、抗硫化和滲碳特性等。

在合金連接體表面制備涂層，是阻止氧向內擴散和Cr向外擴散、減緩S高溫燃料電池中連接體的氧化鉻增長和Cr中毒的有效途徑之一。四方尖晶石的分子式普遍為AB₂O₄（A、B為過渡元素），通過調整A和B的配比，可獲得很好的電子導電性和與基體（例如鐵素體不銹鋼）相匹配的熱膨脹系數。(Mn,Co)₃O₄被認為是最有希望作為SOFC連接體涂層的材料。現有技術常采用料漿法，通過絲網印刷或噴涂、然后燒結的方法，在鐵素體不銹鋼表面獲得約20μm的尖晶石(Mn,Co)₃O₄涂層，但由于漿料中含有大量的有機溶劑，燒結后涂層的孔隙較多，短時工作時對Cr擴散有明顯的阻礙作用，長期的工作時，Cr、O仍發生擴散，降低了SOFC連接體的性能。人們利用磁控濺射法，獲得1μm左右致密的(Mn,Co)₃O₄薄膜；也有人采用直流濺射法制備1:1的Mn/Co金屬薄膜，然后經氧化形成(Mn,Co)₃O₄薄膜。但是，磁控濺射法效率較低，同時，較薄的涂層在長期工作時，其性能不夠穩定，容易產生裂紋。另外，采用電化學法制備Mn/Co合金涂層，是經后續氧獲得(Mn,Co)₃O₄涂層，但難以有效地控制沉積的Mn/Co合金涂層中Mn和Co的比例。

發明內容

本發明目的是為了解決現有技術中工藝復雜、成本高和涂層不穩定的問題，通過電沉積燒結工藝，獲得致密均勻、穩定的(Mn,Co)₃O₄尖晶石涂層。

本發明的制備方法按以下步驟進行：

（1）將（Mn,Co)₃O₄粉末和無水乙醇按照一定比例配置溶液，在常溫下采用超聲波攪拌制備（Mn,Co)₃O₄粉末懸浮液；

（2）將制備的（Mn,Co)₃O₄粉末懸浮液放入電沉積裝置中，以經過表面預處理的合金基體作為陰極，石墨為陽極，在常溫下，加載直流電壓或脈沖電壓，在陰極合金基體表面上制得(Mn,Co)₃O₄沉積層；

（3）將步驟（2）中在合金基體表面制備的（Mn,Co)₃O₄沉積層，經干燥后進行燒結處理，最終在合金基體表面獲得（Mn,Co)₃O₄尖晶石涂層。

所述步驟（1）中的（Mn,Co)₃O₄粉末為Co₃O₄和Mn₃O₄的質量比例為0.5～1.5：1.5～0.5的混合粉末，混合粉末粒尺寸小于1μm。

所述步驟（1）中的（Mn,Co)₃O₄粉末和無水乙醇的固液比例為0.2～5g：60～100mL。

所述步驟（1）的超聲波攪拌是采用頻率為20～100KHz的超聲波，對配置好的（Mn,Co)₃O₄粉末和無水乙醇混合液攪拌處理3～5次，每次處理時間為30～90分鐘，每次處理間隔10～60分鐘。

所述步驟（2）中合金基體為碳鋼或合金鋼。

所述步驟（2）中的表面預處理過程為：將合金基體放入1～10wt％的鹽酸溶液中浸泡1～10分鐘，然后用蒸餾水沖洗，再經去離子水清洗，使用前均保存在乙醇中。

所述步驟（2）中的加載直流電壓為200～700V；加載的脈沖電壓為200～700V，脈沖頻率為50Hz～20KHz，加載直流電壓或脈沖電壓的時間均為0.5～10分鐘。