[发明专利]一种(Mn,Co)3O4尖晶石涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种(Mn,Co)₃O₄尖晶石涂层的制备方法，属于陶瓷涂层制备及性能技术领域。

背景技术

　在高温燃料电池中，连接体既为相邻的电池单元的阴极与阳极提供导电连接，同时，又要作为氧化和还原气氛的物理屏障，服役条件苛刻，对性能要求较高：良好的导电性；与邻近组件（阴极和阳极）材料不发生反应和扩散；良好的抗氧化、抗硫化和渗碳特性等。

在合金连接体表面制备涂层，是阻止氧向内扩散和Cr向外扩散、减缓S高温燃料电池中连接体的氧化铬增长和Cr中毒的有效途径之一。四方尖晶石的分子式普遍为AB₂O₄（A、B为过渡元素），通过调整A和B的配比，可获得很好的电子导电性和与基体（例如铁素体不锈钢）相匹配的热膨胀系数。(Mn,Co)₃O₄被认为是最有希望作为SOFC连接体涂层的材料。现有技术常采用料浆法，通过丝网印刷或喷涂、然后烧结的方法，在铁素体不锈钢表面获得约20μm的尖晶石(Mn,Co)₃O₄涂层，但由于浆料中含有大量的有机溶剂，烧结后涂层的孔隙较多，短时工作时对Cr扩散有明显的阻碍作用，长期的工作时，Cr、O仍发生扩散，降低了SOFC连接体的性能。人们利用磁控溅射法，获得1μm左右致密的(Mn,Co)₃O₄薄膜；也有人采用直流溅射法制备1:1的Mn/Co金属薄膜，然后经氧化形成(Mn,Co)₃O₄薄膜。但是，磁控溅射法效率较低，同时，较薄的涂层在长期工作时，其性能不够稳定，容易产生裂纹。另外，采用电化学法制备Mn/Co合金涂层，是经后续氧获得(Mn,Co)₃O₄涂层，但难以有效地控制沉积的Mn/Co合金涂层中Mn和Co的比例。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术中工艺复杂、成本高和涂层不稳定的问题，通过电沉积烧结工艺，获得致密均匀、稳定的(Mn,Co)₃O₄尖晶石涂层。

本发明的制备方法按以下步骤进行：

（1）将（Mn,Co)₃O₄粉末和无水乙醇按照一定比例配置溶液，在常温下采用超声波搅拌制备（Mn,Co)₃O₄粉末悬浮液；

（2）将制备的（Mn,Co)₃O₄粉末悬浮液放入电沉积装置中，以经过表面预处理的合金基体作为阴极，石墨为阳极，在常温下，加载直流电压或脉冲电压，在阴极合金基体表面上制得(Mn,Co)₃O₄沉积层；

（3）将步骤（2）中在合金基体表面制备的（Mn,Co)₃O₄沉积层，经干燥后进行烧结处理，最终在合金基体表面获得（Mn,Co)₃O₄尖晶石涂层。

所述步骤（1）中的（Mn,Co)₃O₄粉末为Co₃O₄和Mn₃O₄的质量比例为0.5～1.5：1.5～0.5的混合粉末，混合粉末粒尺寸小于1μm。

所述步骤（1）中的（Mn,Co)₃O₄粉末和无水乙醇的固液比例为0.2～5g：60～100mL。

所述步骤（1）的超声波搅拌是采用频率为20～100KHz的超声波，对配置好的（Mn,Co)₃O₄粉末和无水乙醇混合液搅拌处理3～5次，每次处理时间为30～90分钟，每次处理间隔10～60分钟。

所述步骤（2）中合金基体为碳钢或合金钢。

所述步骤（2）中的表面预处理过程为：将合金基体放入1～10wt％的盐酸溶液中浸泡1～10分钟，然后用蒸馏水冲洗，再经去离子水清洗，使用前均保存在乙醇中。

所述步骤（2）中的加载直流电压为200～700V；加载的脉冲电压为200～700V，脉冲频率为50Hz～20KHz，加载直流电压或脉冲电压的时间均为0.5～10分钟。