[發明專利]一種包含CrN擴散障層的導電復合涂層及制備方法

在審

• 申請號: 201810606625.0
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108588662A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 耿樹江;趙茂森
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/32;C23C14/06;C23C14/16
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 俞魯江

本發明涉及高溫導電防護涂層領域，特別是涉及一種包含CrN擴散障層的導電復合涂層及制備方法。該導電復合涂層包括一個CrN擴散障內層和一個導電的合金熱轉化外層，制備方法包括三個工序：工序一為CrN擴散障內層的制備，工序二為合金外層的制備，工序三為熱處理。本發明能有效解決合金涂層與基體間的合金元素互擴散問題，改善涂層性能，避免損害基體的力學性能。

技術領域

本發明涉及高溫導電防護涂層領域，特別是涉及一種一種包含CrN擴散障層的導電復合涂層及制備方法，可用于固體氧化物燃料電池不銹鋼連接體導電復合涂層及制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池作為一種新型發電裝置，具有轉化率高、環境友好、燃料適應性廣等優點，大力發展必定能有效解決全球能源問題。其中連接體作為關鍵部件之一，直接影響著整個電池堆的性能及使用壽命。利用鐵素體不銹鋼作為連接體基體材料，并在其表面制備高溫導電防護涂層，如MnCo₂O₄、Mn_1.7Cu_1.3O₄等尖晶石類涂層，能有效地提高連接體抗高溫氧化性，抑制Cr揮發，降低面比電阻，保證燃料電池的長期穩定運行。但是，通過氧化實驗發現，合金涂層在熱轉化過程中與不銹鋼基體存在元素互擴散問題，基體中Fe，Cr元素向涂層擴散，從而改變涂層中元素種類和含量，導致涂層的化學穩定性、導電性、抗高溫氧化性降低。與此同時，互擴散形成的空洞嚴重影響基體的力學性能。因此，在鐵素體不銹鋼基體與合金涂層之間制備一層擴散障層，以此來解決基體與涂層之間合金元素的互擴散問題。

已有的研究表明，合金組元在本征缺陷濃度低的氮化物，如CrN、AlN中擴散速率極低，因此這類氮化物能有效抑制合金組元擴散性能，同時考慮到不影響整個涂層的導電性能，因此選擇導電性較好的CrN作為擴散障材料。利用多弧離子鍍制備的CrN薄膜均勻致密缺陷少，可有效阻止熱轉化涂層合金與基體合金間的元素互擴散。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種包含CrN擴散障層的導電復合涂層及制備方法，能夠有效解決合金涂層與基體間的合金元素互擴散問題，改善涂層性能，避免損害基體的力學性能。

具體技術方案如下：

一種包含CrN擴散障層的導電復合涂層，所述導電復合涂層包括一個CrN擴散障內層和一個導電的合金熱轉化外層。

所述CrN擴散障內層的厚度為0.5μm至5μm，連續致密，化學成分為：鉻含量78～88wt％，余量為氮。

所述導電的合金熱轉化外層的厚度為5μm至20μm，其化學成分包括錳和銅，其中錳和銅的原子比為1.7:1.3。

一種包含CrN擴散障層的導電復合涂層的制備方法，包括如下工序，工序一為CrN擴散障內層的制備，工序二為合金外層的制備，工序三為熱處理。

所述CrN擴散障內層的制備是利用多弧離子鍍制備CrN擴散障內層，包括以下步驟：

(1)基體預處理工藝：將鐵素體不銹鋼基體經240～2000#SiC砂紙打磨后拋光，在丙酮中超聲10～20min，用烘干機充分干燥；

(2)沉積CrN擴散障層：將清洗后的基體固定在轉架上，放入鍍膜機的真空室，真空室保持真空度1～6×10^-3pa，加熱至200～250℃；打開Ar流量閥，保持真空室內壓力為0.1～0.6pa，通入N₂調節真空室內壓力為0.3～1.6pa；打開轉架電源，轉速為30～60r/min；對基體施加100～300V負偏壓，占空比10～50％；鉻靶弧源電流55～70A，靶材為鉻靶材，沉積時間0.2～1.5小時；。