[發明專利]一種用于固體氧化物燃料電池不銹鋼連接體的復合涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201911204549.1
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN110760803A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 耿樹江;崔田路;張躍
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06;C23C14/35;C23C14/18;C23C14/58;C23C14/02
• 代理公司: 11613 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 韓國勝

本發明涉及高溫防護涂層制備領域，特別是涉及固體氧化物燃料電池不銹鋼連接體的復合涂層及其制備方法。本發明提供的一種用于固體氧化物燃料電池不銹鋼連接體的復合涂層及其制備方法，涂層包括TiN擴散障內層和金屬Ni外層，TiN擴散障內層形成于不銹鋼連接體，金屬Ni外層形成于TiN擴散障內層。方法包括多弧離子鍍技術形成TiN內層，磁控濺射技術形成Ni外層。TiN內層結合力好，能夠有效阻止基體元素與Ni層元素之間的擴散，避免涂層元素與基體之間的元素互擴散而導致抗高溫氧化性減低，也避免了互相擴散形成的空洞、孔隙會破壞氧化膜的致密性，從而導致防護涂層損壞起不到防護作用的問題。并且，該制備方法，沉積率高，工藝可重復性好，易于實現工業化。

技術領域

本發明涉及高溫防護涂層制備領域，特別是涉及固體氧化物燃料電池不銹鋼連接體的復合涂層及其制備方法。

背景技術

固體氧化物燃料電池是一種新型高效的全固態發電裝置，作為關鍵組成部件的連接體，其性能的優劣更是直接影響電池的使用壽命，在鐵素體不銹鋼連接體表面制備高溫導電的防護涂層，等能有效降低不銹鋼連接體與電極之間的接觸電阻、抑制Cr揮發毒化陰極并提高耐高溫氧化性，推進固體氧化物燃料電池商業化，現有技術中，該防護層大多為尖晶石類等材料，在高溫條件下，往往會出現涂層元素與不銹鋼連接體之間的元素互擴散現象，這會大大降低涂層的抗高溫氧化性；同時互相擴散形成的空洞、孔隙會嚴重破壞氧化膜的致密性，從而導致防護涂層損壞起不到防護作用。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現有存在的技術問題，本發明提供一種用于固體氧化物燃料電池不銹鋼連接體的復合涂層及其制備方法，解決了現有技術中因為涂層元素與不銹鋼連接體之間的元素互擴散而導致的防護涂層損壞失效的問題。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

本發明提供一種用于固體氧化物燃料電池不銹鋼連接體的復合涂層，其特征在于，包括TiN擴散障內層和金屬Ni外層，所述TiN擴散障內層形成于所述不銹鋼連接體連接，所述金屬Ni外層形成于所述TiN擴散障內層。

根據本發明，所述TiN擴散障內層中，Ti的含量為65～80％，Y的含量為0～1％，余量為N，；

所述TiN擴散障內層的厚度為1～6μm。

根據本發明，所述金屬Ni外層厚度為2～10μm。

本發明提供一種用于固體氧化物燃料電池不銹鋼連接體的復合涂層的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1，不銹鋼連接體預處理；

步驟S2，采用多弧離子鍍技術在不銹鋼連接體上形成所述TiN擴散障內層；

步驟S3，采用直流磁控濺射技術在所述TiN擴散障內層上形成所述金屬Ni外層；

步驟S4，對形成好的所述復合涂層進行熱處理。

根據本發明，所述步驟S1包括：使用240～2000#SiC砂紙打磨不銹鋼連接體，打磨后拋光不銹鋼連接體，在丙酮中對所述不銹鋼連接體進行超聲清洗10～20min，用烘干機對所述不銹鋼連接體進行干燥。

根據本發明，所述步驟S2包括：以Ti靶材作為陰極弧源，鍍膜機內部殼體作為陽極進行形成；

所述采用多弧離子鍍技術在不銹鋼連接體上形成所述TiN擴散障內層的具體參數為：

真空度：2～6×10^-3pa

不銹鋼連接體溫度：200～250℃

氬氣：0.2～0.8pa

氮氣：0.6～1.4pa