[發明專利]一種鈷錳尖晶石涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201811227308.4
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109267114B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 張雪;張海良;楊凌旭;曾潮流
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C25D3/12
• 分類號: C25D3/12;C23C10/38;C23C10/60;C25D15/00
• 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: 張志偉

本發明屬于表面涂層材料制備技術領域，具體涉及一種鈷錳尖晶石涂層的制備方法。該方法采用電鍍技術在金屬基體表面先沉積金屬鈷，然后利用包埋滲技術在鍍鈷層中滲錳，最后經高溫氧化處理獲得鈷錳尖晶石涂層。本發明解決Mn?Co合金共沉積過程中工藝穩定性差、電鍍應力大等問題，具有制備簡單、成本低、工藝穩定性良好、易于批量化生產等特點，對鈷錳尖晶石涂層的制備與發展具有理論與實際意義。

技術領域

本發明屬于表面涂層材料制備技術領域，具體涉及一種鈷錳尖晶石涂層的制備方法。

背景技術

鈷錳尖晶石具有良好的高溫穩定性、較高的電導率和與鐵素體不銹鋼相似的熱膨脹系數，是最具應用前景的中溫固體氧化物燃料電池(SOFC)不銹鋼連接體用導電抗氧化涂層材料。目前，常用的制備鈷錳尖晶石的方法主要包括溶膠凝膠法、噴涂法、絲網印刷法、磁控濺射法和電沉積法。然而，溶膠凝膠法、噴涂法和絲網印刷法制備的鈷錳尖晶石涂層疏松多孔、致密性差；磁控濺射法制備的涂層雖然較為致密，但涂層易于產生裂紋，且該方法成本高、難以在形狀復雜的基體上制備涂層。電沉積法是在基體表面預沉積Co-Mn合金鍍層，再經氧化處理獲得尖晶石涂層的方法。然而，由于Co和Mn的沉積電位相差很大(Co²⁺/Co的標準電位為-0.28V_H，Mn²⁺/Mn的標準電位為-1.18V_H)，實現Mn-Co合金共沉積難度較大，鍍層出現析氫反應嚴重、成分分布不均、電鍍應力大甚至開裂等問題。

為了降低電沉積難度，有研究者在不銹鋼表面依次沉積Mn、Co金屬層，但由于Mn的沉積電位非常低，鍍Mn層質量仍然難以控制。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種工藝簡單、成本低、工藝穩定性良好的鈷錳尖晶石涂層的制備方法，解決Mn-Co合金共沉積過程中工藝穩定性差、電鍍應力大等問題。

本發明的技術方案是：

一種鈷錳尖晶石涂層的制備方法，包括如下步驟：

(1)采用電沉積法在金屬基體表面預沉積一層金屬Co；

(2)采用包埋滲法在步驟(1)所得鍍Co層表面滲Mn，獲得Co-Mn合金層；

(3)將步驟(2)所述Co-Mn合金層在含氧氣氛中進行高溫氧化處理，即在金屬基體表面獲得鈷錳尖晶石涂層。

所述的鈷錳尖晶石涂層的制備方法，鈷錳尖晶石的通式為Co_3-xMn_xO₄，0＜x＜3。

所述的鈷錳尖晶石涂層的制備方法，鈷錳尖晶石涂層中摻雜稀土元素，所摻雜的稀土元素為La、Ce、Y和Dy中的一種或兩種以上。

所述的鈷錳尖晶石涂層的制備方法，步驟(1)采用復合電沉積法在金屬基體表面沉積Co和稀土氧化物，所用稀土氧化物為La₂O₃、CeO₂、Y₂O₃和Dy₂O₃中的一種或兩種以上。

所述的鈷錳尖晶石涂層的制備方法，步驟(1)中，所用鍍液中含納米尺寸的稀土氧化物顆粒。

所述的鈷錳尖晶石涂層的制備方法，步驟(2)中，包埋滲法所用的滲劑組成為Mn粉、MnO₂粉和NH₄Cl，以原子比計，Mn:MnO₂:NH₄Cl＝260:10～80:1～10。

所述的鈷錳尖晶石涂層的制備方法，步驟(2)中，滲錳時間為10～180min、滲錳溫度為400～700℃。

所述的鈷錳尖晶石涂層的制備方法，步驟(3)中，高溫氧化處理溫度為700～900℃，時間為1～20h。