[发明专利]一种制备铜铁尖晶石涂层的方法

说明书

本发明适用于应用电沉积技术制备涂层领域，涉及一种制备铜铁尖晶石涂层的方法。本发明采用电泳沉积‑电镀沉积技术在金属基体表面先预镀铜，然后在预镀铜的基体表面电泳沉积三氧化二铁，接下来继续电镀铜，得到铜镶嵌三氧化二铁粒子的复合涂层，最后经过高温氧化热转化为铜铁尖晶石涂层。本发明设备简单，成本低廉，同时该工艺适用于在形状复杂的金属材料上制备均匀涂层，对铜铁尖晶石涂层的制备与发展具有理论与实际意义。

技术领域

本发明涉及应用电沉积技术制备涂层领域，具体涉及一种制备铜铁尖晶石涂层的方法。

背景技术

固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种可以将燃料中的化学能直接转化为电能的全固态发电装置，凭借发电效率高、清洁高效以及燃料选择灵活等优点，成为目前最具竞争力的绿色能源。其中连接体是影响固体氧化物燃料电池整体性能的关键部件之一。随着阳极支撑以及电解质薄膜化技术的发展，SOFC的工作温度降低到600～800℃，从而使金属代替陶瓷材料用作连接体成为可能。铁素体不锈钢由于具有与SOFC其他组元匹配的热膨胀系数，良好的抗高温氧化性能，且成本低廉，被广泛应用于金属连接体材料。

尽管铁素体不锈钢综合性能优异，但应用过程中仍然存在高温抗氧化力不足以及Cr挥发导致阴极Cr中毒等问题。在连接体表面制备保护性的导电涂层可以抑制Cr挥发，同时提高不锈钢基体的抗高温氧化性能。适用于SOFC铁素体不锈钢连接体的涂层材料目前主要包括稀土钙钛矿型、活性元素氧化物型、氮化物型和尖晶石型，其中尖晶石涂层具有优越的阻Cr能力，在连接体上施加不含Cr的尖晶石涂层既可以提高连接体的高温抗氧化性能又可以解决Cr挥发的问题。研究表明，CuFe₂O₄尖晶石的热膨胀系数与不锈钢连接体的匹配度高同时具有高的电导率，是一种非常有效的尖晶石涂层材料。

尖晶石材料的制备方法主要有喷涂法、溶胶凝胶法、丝网印刷法、磁控溅射及电沉积法。其中溶胶凝胶法，喷涂法，丝网印刷法制备的尖晶石涂层疏松多孔，结合性差。磁控溅射法的成本又比较高。最近，以电镀技术为基础发展起来的复合镀层技术在制备涂层领域得到了广泛关注，它可以同时具备基质金属和不溶微粒的综合性能。通过在复合镀层中夹杂纳米级微粒可以使涂层表现出更多优异的性能，如高硬度、高耐磨性、优异的光电催化性能、耐腐蚀性能及抗高温氧化性能等。使用电泳沉积-电镀沉积法制备Cu-Fe₂O₃涂层可以提高涂层中Fe₂O₃颗粒含量，同时成本低廉，是一种非常有潜力的涂层制备方法，有利于后续尖晶石涂层的制备。

发明内容

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明提供一种制备铜铁尖晶石涂层的方法，通过电泳沉积/电镀沉积的方法，解决了现有技术工艺复杂，成本高以及复合涂层中颗粒含量低等问题。

具体技术方案如下：

一种铜铁尖晶石涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)采用电镀沉积技术在金属基体表面预镀一薄层金属铜;

(2)采用电泳沉积技术在步骤(1)中制得的预镀铜的金属基体表面电泳沉积三氧化二铁;

(3)采用电镀沉积技术在步骤(2)中制得的沉积三氧化二铁的金属基体表面电镀沉积铜,得到Cu-Fe₂O₃复合涂层;

(4)将步骤(3)中制备的涂覆Cu-Fe₂O₃复合涂层的金属基体进行高温热氧化，即在金属基体表面获得CuFe₂O₄尖晶石涂层。

用于制备铜铁尖晶石涂层的方法，所述方法工艺如下：

步骤(1)的工艺如下：预镀时间为20～120s，预镀温度为35～55℃，预镀pH为7～11，预镀电流密度为5～25mA/cm²。