[发明专利]一种抗氧化导电尖晶石涂层的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面改性领域，尤其是在SOFC中金属连接体表面防护技术。

背景技术

传统的固体氧化物燃料电池(SOFC)的连接体材料一般选择铬酸镧作为连接体材料，但是其制备工艺复杂，且价格昂贵，限制了SOFC的商业化应用。随着SOFC中温化的发展，金属作为连接体材料成为可能。然而，SOFC的特殊工作环境对金属材料的选择施加了严格的限制，因为金属连接器在长期服役过程中存在抗氧化不足和铬挥发等问题，最终导致电池堆性能急剧下降，这一问题已在很大程度上阻碍了固体氧化物燃料电池商业化运营。

为了解决这一关键问题，简单、易行的方法是在金属连接器表面施加高温耐蚀导电涂层。研究人员发现（Mn、Co）尖晶石氧化涂层在SOFC中的应用性最好，也是迄今为此被研究最为深入的尖晶石类涂层体系之一。目前制备(Mn，Co)₃O₄尖晶石涂层一般通过溶胶料浆法、等离子喷涂法、溶胶-凝胶法和电镀方法等获得。溶胶-凝胶法一般难以解决涂层厚度与开裂的关系，其中电镀金属（合金）涂层后热处理制备的尖晶石层对基体覆盖效果较好，但是由于Co和Mn的的沉积电位相差较大，往往很难实现CoMn合金层的共沉积。于是研究人员利用分池电镀的方法，将连续的金属Co和Mn层及金属Cu和Mn层沉积到不锈钢基体上，热氧化后获得CoMn尖晶石，该层降低了Cr₂O₃内层的生长速率和表面膜ASR值。但是此实验方法很难实现CoMn的共沉积，而且此方法不容易控制各元素连续层的厚度，在合金层难以实现Co/Mn比的精确控制，也就无法精确控制涂层经过热氧化后完全转化成CoMn尖晶石。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中金属涂层难以实现原子比的精确控制及涂层与基体结合不牢的不足，提供一种抗氧化导电尖晶石涂层的制备工艺。

为解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：一种抗氧化导电尖晶石涂层的制备工艺，具体步骤如下：

（1）沉积电极材料的制备

采用非自耗电弧熔炼技术将Co金属粉末和Mn金属粉末混合均匀后经行熔炼，然后将熔炼好的CoMn合金退火，然后将其制作成棒状，清洗干净作为沉积电极材料备用；

（2）合金涂层的制备

采用高能微弧火花沉积设备，将步骤（1）制备的沉积电极，作为沉积过程中的阴极，将打磨并清洗干净的金属作为基体材料，在惰性气体保护下，在金属表面进行电火花沉积，即生成一层CoMn合金涂层；

（3）合金涂层的预氧化

将步骤（2）制备的CoMn合金涂层在空气气氛中加热预氧化，即可在CoMn合金层表面形成CoMn尖晶石涂层。

步骤（1）所述的沉积电极的清洗为在丙酮溶液中超声辅助除油清洗干净，晾干；步骤（2）所述的金属基体材料的打磨为将金属经400-1200^#的砂纸逐级打磨，所述的清洗为在丙酮溶液中超声除油清洗干净，晾干。

步骤（1）所述的Co金属粉末和Mn金属粉末的纯度都＞99.9wt.%，两者可以以根据需要以任意比例混合。

步骤（1）所述的CoMn合金退火条件为真空退火温度为900-1100°C，时间为40-60h。

步骤（2）所述的惰性气体为氩气，流量为5-30L/min。

步骤（1）所述的沉积电极的直径为2～4mm；步骤（2）所述的电火花沉积工艺为沉积电源为单向交流电源，沉积电压为40-80V，频率为400-600Hz，脉宽为200-400μs，功率为300-3000W，电极的旋转速度为1000r/min-4500r/min，沉积时间为2-20min。

步骤（3）所述的预氧化温度为600-800°C；氧化时间为4～10h。