[發明專利]一種抗氧化導電尖晶石涂層的制備工藝

有效

• 申請號: 201310106664.1
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN103184451A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 潘太軍;李杰;張保;汪濤;賀云翔
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C23C26/02
• 分類號: C23C26/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及金屬表面改性領域，尤其是在SOFC中金屬連接體表面防護技術。

背景技術

傳統的固體氧化物燃料電池(SOFC)的連接體材料一般選擇鉻酸鑭作為連接體材料，但是其制備工藝復雜，且價格昂貴，限制了SOFC的商業化應用。隨著SOFC中溫化的發展，金屬作為連接體材料成為可能。然而，SOFC的特殊工作環境對金屬材料的選擇施加了嚴格的限制，因為金屬連接器在長期服役過程中存在抗氧化不足和鉻揮發等問題，最終導致電池堆性能急劇下降，這一問題已在很大程度上阻礙了固體氧化物燃料電池商業化運營。

為了解決這一關鍵問題，簡單、易行的方法是在金屬連接器表面施加高溫耐蝕導電涂層。研究人員發現（Mn、Co）尖晶石氧化涂層在SOFC中的應用性最好，也是迄今為此被研究最為深入的尖晶石類涂層體系之一。目前制備(Mn，Co)₃O₄尖晶石涂層一般通過溶膠料漿法、等離子噴涂法、溶膠-凝膠法和電鍍方法等獲得。溶膠-凝膠法一般難以解決涂層厚度與開裂的關系，其中電鍍金屬（合金）涂層后熱處理制備的尖晶石層對基體覆蓋效果較好，但是由于Co和Mn的的沉積電位相差較大，往往很難實現CoMn合金層的共沉積。于是研究人員利用分池電鍍的方法，將連續的金屬Co和Mn層及金屬Cu和Mn層沉積到不銹鋼基體上，熱氧化后獲得CoMn尖晶石，該層降低了Cr₂O₃內層的生長速率和表面膜ASR值。但是此實驗方法很難實現CoMn的共沉積，而且此方法不容易控制各元素連續層的厚度，在合金層難以實現Co/Mn比的精確控制，也就無法精確控制涂層經過熱氧化后完全轉化成CoMn尖晶石。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術中金屬涂層難以實現原子比的精確控制及涂層與基體結合不牢的不足，提供一種抗氧化導電尖晶石涂層的制備工藝。

為解決上述技術問題本發明采用的技術方案是：一種抗氧化導電尖晶石涂層的制備工藝，具體步驟如下：

（1）沉積電極材料的制備

采用非自耗電弧熔煉技術將Co金屬粉末和Mn金屬粉末混合均勻后經行熔煉，然后將熔煉好的CoMn合金退火，然后將其制作成棒狀，清洗干凈作為沉積電極材料備用；

（2）合金涂層的制備

采用高能微弧火花沉積設備，將步驟（1）制備的沉積電極，作為沉積過程中的陰極，將打磨并清洗干凈的金屬作為基體材料，在惰性氣體保護下，在金屬表面進行電火花沉積，即生成一層CoMn合金涂層；

（3）合金涂層的預氧化

將步驟（2）制備的CoMn合金涂層在空氣氣氛中加熱預氧化，即可在CoMn合金層表面形成CoMn尖晶石涂層。

步驟（1）所述的沉積電極的清洗為在丙酮溶液中超聲輔助除油清洗干凈，晾干；步驟（2）所述的金屬基體材料的打磨為將金屬經400-1200^#的砂紙逐級打磨，所述的清洗為在丙酮溶液中超聲除油清洗干凈，晾干。

步驟（1）所述的Co金屬粉末和Mn金屬粉末的純度都＞99.9wt.%，兩者可以以根據需要以任意比例混合。

步驟（1）所述的CoMn合金退火條件為真空退火溫度為900-1100°C，時間為40-60h。

步驟（2）所述的惰性氣體為氬氣，流量為5-30L/min。

步驟（1）所述的沉積電極的直徑為2～4mm；步驟（2）所述的電火花沉積工藝為沉積電源為單向交流電源，沉積電壓為40-80V，頻率為400-600Hz，脈寬為200-400μs，功率為300-3000W，電極的旋轉速度為1000r/min-4500r/min，沉積時間為2-20min。

步驟（3）所述的預氧化溫度為600-800°C；氧化時間為4～10h。